Modelagem ER: entidades, relacionamentos e cardinalidade

1. Visão geral

Este material mostra uma breve revisão sobre os principais conceitos da modelagem de dados baseada na abordagem entidade-relacionamento.

O que você vai aprender

• O que são banco de dados, SGBD, SGBDR, modelo de dados, modelo conceitual e modelo lógico
• As três fases do projeto de um banco de dados: modelagem conceitual, projeto lógico e projeto físico
• O que são entidades, ocorrências de entidade e relacionamentos
• Como ler um diagrama de ocorrências
• O que são auto-relacionamentos e papéis de entidade em relacionamento
• Como especificar cardinalidades máxima (1x1, 1xN, NxN) e mínima

O que você vai precisar

• Papel e lápis (ou uma ferramenta de desenho de diagramas) para fazer os exercícios propostos ao longo do caminho

2. Definições

Façamos, antes de mais nada, algumas definições.

Banco de Dados

Um conjunto de dados integrados que tem por objetivo atender a uma comunidade de usuários.

Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD)

Um software que incorpora as funções de definição, recuperação e alteração de dados em um banco de dados.

Sistema Gerenciador de Banco de Dados Relacional (SGBDR)

Um SGBD cujo modelo de dados é, como o nome sugere, o relacional (baseado em tabelas).

Modelo de Dados

Uma descrição formal da estrutura de um banco de dados.

Abordagem de Modelagem

Um conjunto de conceitos usados para construir modelos.

Modelo Conceitual

Um modelo de dados abstrato que descreve a estrutura de um banco de dados de forma independente de um SGBD particular.

Modelo Lógico

Um modelo de dados que representa a estrutura de dados de um banco de dados conforme vista pelo usuário de um SGBD.

O projeto de um novo banco de dados pode ser realizado em três fases:

• Modelagem conceitual: aqui um modelo conceitual é construído, utilizando uma abordagem de modelagem escolhida.
• Projeto lógico: aqui visamos obter um modelo lógico em função do modelo conceitual previamente obtido. Lembre-se que o modelo lógico traz informações sobre como o banco de dados será implementado no SGBD escolhido.
• Projeto físico: nesta fase, o modelo do banco de dados é enriquecido com detalhes que influenciam no desempenho do banco de dados, mas não interferem em sua funcionalidade. Em geral, é um processo contínuo feito quando o banco de dados já está em funcionamento. É comum associar a esta fase o nome sintonia (tuning) de banco de dados.

3. Entidades

O mundo é repleto de coisas que se relacionam. Descrever um banco de dados consiste em observar quais coisas e potenciais relações do mundo real são de interesse. Por meio deste processo, obtemos algo chamado "mini mundo" por muitos autores. As descrições conceituais que faremos serão baseadas na abordagem entidade-relacionamento, em que os detalhes do mini mundo desejados são representados, como o nome sugere, por entidades e relacionamentos entre elas.

Quando a abordagem entidade-relacionamento é aplicada, o produto obtido é um modelo entidade-relacionamento. Quando desejamos representar o modelo obtido graficamente, fazemos a construção de um diagrama entidade-relacionamento.

Entidade

Um conjunto de objetos da realidade modelada sobre os quais deseja-se manter informações no banco de dados.

A figura a seguir mostra dois exemplos de entidade.

Figura 3.1: exemplos de entidade.

Exercício

Escreva o nome de cinco entidades do mundo real. Faça também a sua representação gráfica.

Lembre-se que uma entidade representa um conjunto de objetos. Serve para descrever as suas propriedades. Considerando a entidade Pessoa como exemplo, ela descreve características que as pessoas têm. Quando desejamos nos referir a uma pessoa específica (que se chama José e tem 19 anos, por exemplo), utilizamos as expressões ocorrência de entidade ou instância de entidade.

Exercício. Identifique 5 entidades no mundo real e faça a sua representação gráfica.

4. Relacionamentos e diagrama de ocorrências

Relacionamento

Um conjunto de associações entre ocorrências de entidades.

A figura a seguir mostra um exemplo de relacionamento.

Figura 3.2: exemplo de relacionamento.

Exercício

Identifique três relacionamentos entre entidades do mundo real. Faça a representação gráfica de cada um, incluindo as entidades envolvidas.

Diagrama de ocorrências

Embora não faça parte da modelagem, um diagrama de ocorrências pode ter grande utilidade didática. Veja um exemplo na figura a seguir.

Figura 3.3: diagrama de ocorrências do relacionamento Lotação.

Exercício

Escolha dois relacionamentos que você identificou no exercício anterior e faça um diagrama de ocorrências para cada um deles.

5. Auto-relacionamento e papéis

Não necessariamente um relacionamento associa ocorrências de entidades diferentes. Quando um relacionamento associa ocorrências de uma mesma entidade, temos um auto-relacionamento. É importante, neste caso, destacar o papel de cada ocorrência de entidade no relacionamento.

Papel de entidade em relacionamento

Uma função que uma instância de entidade cumpre dentro de uma instância do relacionamento.

A figura a seguir mostra um exemplo de auto-relacionamento.

Figura 3.4: auto-relacionamento Casamento, com os papéis Marido e Esposa.

Exercício

Identifique um auto-relacionamento no mundo real e faça o seu diagrama ER.

6. Cardinalidade máxima

Um aspecto fundamental a ser incluído no modelo é a quantidade de ocorrências de uma entidade que podem estar associadas a uma ocorrência de entidade por meio de um relacionamento.

Cardinalidade mínima/máxima de entidade em relacionamento

O número mínimo/máximo de ocorrências de entidade associadas a uma ocorrência da entidade em questão através do relacionamento.

Observe que, sem a especificação de cardinalidade, o diagrama de ocorrências da figura a seguir está de acordo com o que descreve o DER da Figura 3.4, muito embora algumas ocorrências possam ser incondizentes com as leis de alguns países.

Figura 3.5: ocorrências do relacionamento Casamento sem restrição de cardinalidade.

Vejamos alguns exemplos em que a cardinalidade máxima aparece. Na figura a seguir temos um relacionamento 1xN entre as entidades Pessoa e Departamento.

Figura 3.6: relacionamento 1xN entre Pessoa e Departamento. A cardinalidade anotada junto a cada entidade responde à pergunta feita a partir da entidade do outro lado.

A figura a seguir mostra exemplos de relacionamentos 1x1.

Figura 3.7: exemplos de relacionamentos 1x1.

Veja mais alguns exemplos de relacionamentos 1xN na figura a seguir.

Figura 3.8: exemplos de relacionamentos 1xN.

A figura a seguir mostra alguns exemplos de relacionamento NxN.

Figura 3.9: exemplos de relacionamentos NxN.

7. Cardinalidade mínima

Também podemos especificar a cardinalidade mínima, como mostra a figura a seguir.

Figura 3.10: cardinalidades mínima e máxima. Um empregado deve estar associado a exatamente uma mesa; uma mesa pode estar livre ou alocada a um único empregado.

Exercício

Preencha a cardinalidade mínima e a cardinalidade máxima dos relacionamentos que você identificou nos exercícios anteriores.

Identifique dois relacionamentos NxN do mundo real cujas cardinalidades mínimas sejam iguais a 0.

8. Exercício final e encerramento

Exercício

Construa um Diagrama Entidade-Relacionamento condizente com a descrição textual a seguir.

Uma escola oferece cursos, os quais são compostos por disciplinas. Há algumas disciplinas com diversos pré-requisitos, enquanto outras são básicas e não demandam conhecimento prévio. Costumeiramente, um curso é oferecido a 20 alunos. Há, também, cursos novos que ainda não foram oferecidos. A escola possui departamentos. Alguns deles são responsáveis por disciplinas. Uma disciplina é sempre elaborada e conduzida por um departamento.

Parabéns!

Você revisou os conceitos fundamentais da abordagem entidade-relacionamento: entidades, relacionamentos, auto-relacionamentos, papéis e cardinalidades. O próximo passo é estudar relacionamentos ternários, atributos e identificadores.

Bibliografia

• HEUSER, Carlos Alberto. Projeto de Banco de Dados. 6ª ed. Bookman, 2008.