Konzeptionelle Phase: ER-Modellierung

Das Entity-Relationship-Modell wurde 1976 vom taiwanischen Informatiker Peter Chen vorgestellt. Das Modell dient der konzeptionellen Modellierung von Daten und ihren Beziehungen und wird insbesondere beim Entwurf von Datenbanken eingesetzt. Chen zählt zu den Pionieren der Informatik.

Fotolink aus der Website von Peter Chen als Person der Zeitgeschichte

Entität, Attribut, Attributwert, Entitätstyp und Schlüssel

Eine Entität ist ein eindeutig identifizierbares konkretes oder abstraktes Objekt des betrachteten Realitätsausschnitts, beispielsweise

• der Schüler Karl Meier aus der Klasse 7a,
• mein Fahrrad der Marke Mifa,
• mein Exemplar des Buches "Abenteuer Informatik",
• Konrad Zuses Computer Z3.

Entitäten werden durch Attribute beschrieben. Für eine konkrete Entität besitzen diese Attribute bestimmte Attributwerte. Bei der späteren Umsetzung in einer relationalen Datenbank können fehlende oder unbekannte Werte durch NULL dargestellt werden. 

Entität: Schüler Karl Meier aus der Klasse 7a
Attribut mit Wert: Name = Meier, Vorname = Karl, Wohnort = Hohenwulsch, Schule = Dorfschule, Klasse = 7a, Telefon = NULL, ...

Ein Entitätstyp ist eine abstrakte Beschreibung einer Menge von Entitäten mit gleichen Attributen. Eine Entität ist ein eindeutig identifizierbares Element des Entitätstyps. Ein Entitätstyp wird durch seinen Namen und seine Attribute beschrieben. 

Karl Meier könnte eine Entität des Entitätstyps Schüler sein. 
Seine Attribute Name und Vorname werden durch die Werte Meier bzw. Karl belegt.

Objektorientierte Darstellung: Schüler.Name = "Meier"

Im Entity-Relationship-Diagramm (ER-Diagramm) wird der Entitätstyp durch ein Rechteck dargestellt und beschriftet. Die Attribute werden i. d. R. durch Ovale dargestellt, die eine Verbindung zum Entitätstyp haben. 

Besonderheiten bei Attributen:

• (Teil-) Schlüsselattribut – Unterstreichung:
  Ein Schlüssel ist eine minimale Kombination von Attributen, durch deren Werte jede Entität eindeutig identifiziert wird. Schlüsselwerte müssen eindeutig sein und sollten möglichst stabil bleiben. Besteht der Schlüssel aus genau einem Attribut, spricht man von einem einfachen Schlüssel. Besteht er aus mehreren Attributen, handelt es sich um einen zusammengesetzten Schlüssel. Die einzelnen Attribute eines zusammengesetzten Schlüssels werden als Teilschlüsselattribute bezeichnet
• Zusammengesetztes Attribut – Verbindung von Attribut zu Attribut:
  Ein zusammengesetztes Attribut kann in Teilattribute zerlegt werden. So kann beispielsweise die Anschrift in PLZ, Ort, Straße und Hausnummer zerlegt werden. 

Beziehung, Beziehungstyp und Kardinalität

Zwischen Entitäten können vielfältige Beziehungen bestehen, beispielsweise kann Lehrer Lempel der Klassenlehrer des Schülers Paul Meyer sein. Eine Beziehung verknüpft Entitäten miteinander.  Sie kann aus der Sicht der beteiligten Entitätstypen beschrieben werden. Für das Beispiel gilt dann:

Sicht 1: der Lehrer Lempel unterrichtet den Schüler Karl Meyer.
Sicht 2: der Schüler Karl Meyer wird von Lehrer Lempel unterrichtet.

Im Rahmen dieses Kurses betrachten wir nur binäre Beziehungen, die jeweils eine Entität eines Entitätstyps mit einer Entität eines anderen – oder auch desselben – Entitätstyps verknüpfen. Ein Beziehungstyp beschreibt gleichartige Beziehungen zwischen Entitäten bestimmter Entitätstypen. Ein Beziehungstyp kann Attribute besitzen. Ob ein Sachverhalt zweckmäßiger als Entitätstyp oder als Beziehungstyp modelliert wird, hängt von den Anforderungen des betrachteten Realitätsausschnitts ab. Hier muss der Datenbankmodellierer angemessen entscheiden. Für die Darstellung von Beziehungstypen nutzt man das Rautensymbol und notiert darin den Namen des Beziehungstyps – möglichst als Verb.

Die Kardinalität trifft eine Aussage über die maximale Anzahl der an einer Beziehung beteiligten Entitäten. Für die Datenstrukturierung interessieren nicht die genauen Zahlen, sondern nur die Angaben "höchstens eine Entität (1)" oder "beliebig viele Entitäten (n oder m)". Da der Beziehungstyp wechselseitig ist, wird die Kardinalität durch zwei Angaben vollständig beschrieben.

a) Ein Schüler geht in höchstens eine Klasse.
b) Eine Klasse besteht aus mehreren Schülern.

Es gibt drei Kombinationen, die wir in der Chen-Notation angeben:

• 1:1: Ein Raum ist Klassenraum für höchstens eine Klasse. Eine Klasse hat höchstens einen Raum als Klassenraum.
  
  
• 1:n: Ein Schüler geht in höchstens eine Klasse. Eine Klasse besteht aus mehreren Schülern.
  
  

• n:m: Ein Lehrer unterrichtet mehrere Klassen. Eine Klasse wird von mehreren Lehrern unterrichtet.
  

1. Finden der für die Aufgabenstellung wichtigen Objekte = Entitäten/Entity,
2. Zuordnung der Objekte zu Klassen = Entitätstypen,
3. Festlegen von aufgabenrelevanten Attributen dieser Klassen,
4. Finden von geeigneten Schlüsseln zur Identifikation der Entitäten,
5. Beschreibung von Beziehungen zwischen den Klassen, festlegen von Beziehungstypen,
6. Bestimmen der Kardinalität der Beziehungstypen,
7. Plausibilitätsprüfung.

Übungen