1 UNIDAD II. MODELO ENTIDAD – RELACIÓN (E-R) Objetivo: El alumno realizará el modelo E-R y el modelo Entidad Relación Extendido (EE-R) para diseñar un.

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1 1 UNIDAD II. MODELO ENTIDAD – RELACIÓN (E-R) Objetivo: El alumno realizará el modelo E-R y el modelo Entidad Relación Extendido (EE-R) para diseñar un esquema de la base de datos, de acuerdo a los requerimientos establecidos.

2 2 Minimund o RECOLECCION Y ANALISIS DE REQUERIMIENTOS Requerimientos de la Base de Datos DISEÑO CONCEPTUAL Esquema conceptual (en un modelo de datos de alto nivel) DISEÑO LOGICO (TRANSFORMACION DE MODELO DE DATOS) Esquema (conceptual) lógico (en el modo de datos de un SGBD) DISEÑO FISICO Esquema INTERNO (para el mismo SGBD) Requerimientos funcionales ANALISIS FUNCIONAL Especificación de transacciones de alto nivel Independiente del SGBD Específico para cada SGBD DISEÑO DE PROGRAMAS APLICACION IMPLEMENTACIÓN DE TRANSACCIONES Programas de aplicación Fases del diseño de bases de datos (simplificado)

3 3 Entidades y Atributos Entidad: Una –cosa- del mundo real con existencia independiente. Un objeto con existencia física. Un objeto con existencia conceptual. Ejemplos: Una cierta persona. Un automóvil. Una casa. Un empleado. Una compañía. Un puesto de trabajo. Un curso universitario. físicasconceptuales Cada entidad tiene propiedades específicas, llamadas atributos, que la describen. Ejemplo:entidadcaracteristicas que la describen Un empleado Su nombre Su edad Su dirección Su salario Su puesto de trabajo Una entidad particular tendrá un valor para cada uno de sus atributos; los valores de los atributos que describen a cada entidad constituyen una parte decisiva de los datos almacenados en la BD. Ejemplos: e1e1 Nombre = Juan Sanchez Dirección = Valle 2311 Medellín, Colombia 77001 Edad = 55 Telefono = 713-749-2630. Nombre = Lubricol Ubicación = Medellín Presidente = Juan Sanchez. c1c1 BD Tipos de atributos: Simples ó Compuestos. Monovaluados ó Multivaluados. Almacenados ó Derivados.

4 4 Atributos Compuestos: Se pueden dividir en componentes más pequeños, que representan atributos más básicos con su propio significado independiente. Pueden formar una jerarquía. Su valor es la concatenación de los valores de los atributos simples que lo constituyen. Son útiles para modelar situaciones en las que un usuario puede hacer referencia a un atributo compuesto como una unidad o referirse específicamente a sus componentes. Si solo se hace referencia al atributo compuesto como un todo, no hay necesidad de subdividirlo en sus atributos componentes. Ejemplo:dirección Atributo de la entidad Empleado domicilio ciudadpaíscp NumInteriorcalleNumExterior Los atributos no divisibles se denominan atributos simples o atómicos. Ejemplo:edad; Atributo de la entidad Empleado Los atributos monovaluados tienen un solo valor para una entidad en particular, y representan la mayoría. Ejemplo:fecha_nacimiento; Atributo de la entidad Empleado Los atributos multivaluados pueden tener un conjunto de valores para la misma, entidad, además de tener líimites inferior y superior del número de valores para una entidad individual. Ejemplos: e1e1 Nombre = Juan Sanchez Dirección = Valle 2311 Medellín, Colombia 77001 Edad = 55 Telefono = 713-749-2630 grado_universitario =. No tener grado universitario Tener un solo grado universitario Tener dos o más grados universitarios Distinto número de valores para el atributo

5 5 Atributo derivado: Es todo aquel atributo que su valor depende de valores de otros atributos; ya sea del valor de otro atributo de la misma entidad, o que se puede deri- var de entidades relacionadas, asi como de valores externos a la BD, como puede ser la fecha actual. Ejemplos: Los atributos que son almacenados directamente y que no dependen de otros valores internos o externos a la BD se les llaman atributos almacenados. Ejemplo: El atributo edad depende de la fecha_nacimiento como de la fecha_actual para obtener su valor actualizado. Atributo de la entidad empleado. El atributo NumeroDeEmpleados es posible derivarlo de la entidad Depar- tamento si se cuenta el número de emplados relacionados con ese depar- tamento. El “valor especial” llamado nulo (null) se puede clasificar en 2 tipos: 1.No aplicable (Es cuando una cierta entidad podría no tener ningún valor apli- cable para un atributo). 2.Desconocido ( También podemos usar nulo si no conocemos el valor de un atributo para una entidad específica). 2.1. Falta (Se sabe que el valor del atributo existe, pero falta). 2.2. No se sabe (No se sabe si el valor del atributo existe). Ejemplos: El atributo fecha_nacimiento no se requiere de ningún cálculo para derivarlo o obtenerlo, simplemente es alimentado y almacenado. El atributo NumInterior de una dirección, solo se aplica a condominios y edificios de departamentos, pero no a residencias unifamiliares; ten- drá nulo del tipo no aplicable. El atributo GradoUniversitario solo se aplica a personas con grados universitarios; tendrá nulo del tipo no aplicable. El atributo Teléfono si no sabemos cual es el télefono del empleado tendrá un valor de nulo del tipo desconocido no se sabe. El atributo altura de una entidad paciente, tendrá un valor de nulo del tipo desconocido falta.

6 6 Tipos de entidades, conjuntos de valores y atributos clave Una BD contiene grupos de entidades que son similares, es decir se querrá almacenar información similar de cada una de las entidades que lo componen. En otras palabras; comparten los mismos atributos, pero cada entidad tiene su propio valor (o valores) para cada atributo. Un tipo de entidades define a un conjunto de entidades que poseen los mismos atributos, y cada tipo de entidades de una BD se describe con un nombre y una lista de atributos. Ejemplos: EMPLEADOCOMPAÑIA Nombre, Edad, SalarioNombre, Ubicación, Presidente NOMBRE DEL TIPO DE ENTIDADES: ATRIBUTOS: e 1 (Juan Sánchez, 55, 80K) e 2 (Federico Borja, 40, 30K) e 3 (Julia Corona, 25, 20K) c 1 (Lubricol, Medellín, Juan Sanchez) c 2 (Compucentro, Bolivia, Bruno Orta) CONJUNTO DE ENTIDADES: (EXTENSIÓN) (INTENSIÓN) ESTRUCTURA DE UN TIPO DE ENTIDADES: Un tipo de entidades describe el esquema o la intensión para un conjunto de entidades que comparten la misma estructura. Las entidades individuales de un tipo de entidades particular se agrupan en una colección o conjunto de entidades, que se conoce como extensión del tipo de entidades. En los diagramas ER los tipos de entidades se representan por medio de rectángulos que encierran el nombre del tipo de entidades. Los nombres de los atributos se encierran en ovalos y se conectan con su tipo de entidades con líneas rectas. Los atributos compuestos se conectan con sus atributos componentes mediante líneas rectas. Y los atributos multivaluados aparecen en ovalos de doble contorno.

7 7 Empleado Nombre NSSGradosUniv NomPila APaterno AMaterno Ejemplo: Atributos clave de un tipo de entidades: 1.Es una restricción de un tipo de entidades, que garantiza unicidad. Es decir; prohíbe que cualesquiera dos entidades tengan simultáneamente el mismo valor para el atributo clave. 2.Los tipos de entidades casi siempre tienen un atributo cuyo valor es distinto para cada entidad individual. 3.Sus valores pueden servir para identificar de manera única a cada entidad. 4.Especificar que un atributo es una clave de un tipo de entidades, significa que la propiedad de unicidad antes mencionada se debe cumplir para toda extensión del tipo de entidades. 5.Esta restricción de clave se deriva de las propiedades del minimundo representado por la Base de Datos. En ocaciones varios atributos juntos constituyen una clave, o sea que la combinación de los valores de los atributos es distinta para cada entidad individual. Un conjunto de atributos que posea esta propiedad se podría agrupar para formar un atributo compuesto, el cual se convertiría en el atributo clave del tipo de entidades. En los diagramas ER, el nombre de todo atributo clave aparece subrayado dentro del óvalo. Algunos tipos de entidades tienen más de un atributo clave.

8 8 Conjuntos de valores (dominios) de los atributos: Cada uno de los atributos simples de un tipo de entidades está asociado a un conjunto de valores (o dominio), que especifica los valores que es posible asignar a ese atributo para cada entidad individual. COCHE Matrícula (Matricula, Estado), IdVehículo, Marca, Modelo, Año, {Color} coche 1 ((ABC 123, Tabasco), TK629, Ford Mustang, convertible, 1989, {rojo, negro}) coche 2 ((ABC 123, Nuevo Leon), WP9872, Nissan Sentra, 2 puertas, 1992, {azul}) coche 3 ((VSY 720, Tabasco), TD729, Chrysler LeBaron, 4 puertas, 1993, {blanco, azul}) Los atributos compuestos y multivaluados pueden estar anidados de cualquier manera. Podemos representar una anidación arbitraria agrupando componentes de un atributo compuesto entre paréntesis ( ), y separando los componentes con comas, y encerrando los atributos multivaluados entre llaves { }. Ejemplo: Para un tipo de entidades persona podríamos tener la siguiente consideración: Una persona puede tener más de una residencia y cada residencia puede tener varios teléfonos, por lo tanto; se podría especificar un atributo Dirección_Teléfono. {Dirección_Teléfono({Teléfono(Cód_Área, Num_Teléfono)}, Dirección(Domicilio(Calle, Núm_Exterior, Num_Interior), Ciudad, País, CP))} Atributo compuesto multivaluado, Dirección_Teléfono, con componentes multivaluados y compuestos.

9 9 Vínculos, papeles y restricciones estructurales Tipos de vínculos y ejemplares de vínculos: Un tipo de vínculos R entre n tipos de entidades E 1, E 2,..., E n define un conjunto de asociaciones entre entidades de estos tipos. EMPLEADOPERTENECE_ADEPARTAMENTO e 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 d 1 d 2 d 3 r1r1 r2r2 r3r3 r4r4 r5r5 r6r6 r7r7 Algunos ejemplares del vínculo PERTENECE_A Cada ejemplar de vínculo r i de R es una asociación de entidades, donde la asociación incluye una y sólo una entidad de cada tipo de entidades participante. Cada uno de estos ejemplares de vínculos r i representa el hecho de que las entidades que participan en r i están relacionadas entre sí de alguna manera en la situación correspondiente del minimundo. En los diagramas ER, los tipos de vínculos se representan con rombos conectados mediante líneas rectas con los rectángulos que representan a los tipos de entidades participantes. El nombre del vínculo va dentro del rombo. EMPLEADO DEPARTAMENTO PERTENECE_A 9

10 10 Grado de un tipo de vínculos: El grado de un tipo de vínculos, es el número de tipos de entidades que participan en él. Los tipos de vínculos de grado dos se llaman binarios, y los de grado tres se llaman ternarios. Los vínculos pueden tener cualquier grado, pero los más comunes son los binarios. Ejemplos: El tipo PERTENECE_A es de grado dos. El vínculo ternario SUMINISTRAR, donde cada ejemplar de vínculo r i asocia tres entidades. – un proveedor v, un componente c y un proyecto p – siempre que v suministre el componente c al proyecto p. PROVEEDORSUMINISTRAR PROYECTO v1v1 v2v2 c1c1 c2c2 c3c3 p 1 p 2 p 3 r1r1 r2r2 r3r3 r4r4 r5r5 r6r6 r7r7 Algunos ejemplares del vínculo SUMINISTRAR COMPONENTE Vínculos como atributos: En ocasiones resulta conveniente considerar un tipo de vínculos en términos de atributos. Cuando consideramos un vínculo binario como atributo siempre tenemos dos opciones; debemos pensar que se trata de un atributo multivaluado a1 en el tipo de entidades E1, cuyo valor para cada entidad e1 será la entidad e2 a la cual esta vínculado con E2. La otra alternativa es pensar que se trata de un atributo multivaluado en el tipo de entidades E2, cuyo valor para cada entidad será la entidad a la cual esta vínculado con E1. 10

11 11 Nombres de papeles : Todo tipo de entidades que participe en un tipo de vínculos desempeña un papel específico en el vínculo. El nombre de papel indica el papel que una entidad participante del tipo desempeña en cada ejemplar de vínculo. No son necesarios los nombres de papeles en los tipos de vínculos en los que todos los tipos de entidades participantes son distintos, ya que cada nombre del tipo de entidades se puede usar como nombre del papel. Vínculos recursivos : En algunos casos el mismo tipo de entidades particípa mas de una vez en un tipo de vínculos con diferentes papeles, el nombre del papel resulta crucial para distinguir el significado de cada participación. Ejemplo:EMPLEADOSUPERVISIÓN e 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 r1r1 r2r2 r3r3 r4r4 r6r6 r7r7 Representa el papel de supervisor Representa el papel de supervisado EMPLEADO desempeña los dos papeles de supervisor y supervisado Vínculo recursivo SUPERVISIÓN Observe que cada ejemplar de vínculo tiene solo 2 líneas rectas, una para cada papel con el que participa el tipo de entidad EMPLEADO. Restricciones sobre los tipos de vínculos: Existen dos tipos principales de restricciones de vínculo: Razón de cardinalidad y participación. Estas limitan las posibles combinaciones de entidades que pueden participar en los ejemplares de vínculos. Y se determinan a partir de la situación del minimundo que los vínculos representan. Razón de cardinalidad: Especifica el número de ejemplares de vínculos en los que puede participar una entidad. Las razones de cardinalidad más comunes en el caso de tipos de vínculos binarios son: 1:1, 1:N y M:N.

12 12 Ejemplos: El tipo de vínculo binario PERTENECE_A entre DEPARTAMENTO y EMPLEADO tiene razón de cardinanlidad 1:N, lo que significa que cada departamento puede estar relacionado con muchos empleados, pero un empleado sólo puede estar relacionado con (pertenecer a) un departamento. 1) El tipo de vínculo binario DIRIGE entre DEPARTAMENTO y EMPLEADO tiene razón de cardinanlidad 1:1, lo que significa que relaciona una entidad departamento con el empleado que dirige ese departamento. Esto representa la restricción del minimundo de que un empleado sólo puede dirigir un departamento y de que un departamento sólo tiene un gerente. 2) El tipo de vínculo binario TRABAJA_EN entre EMPLEADO y PROYECTO tiene razón de cardinanlidad M:N, si la regla es que un empleado puede trabajar en varios proyectos y que varios empleados pueden trabajar en un proyecto. 3) EMPLEADODEPARTAMENTO PERTENECE_A DIRIGESUPERVISION N1 11 N1 TRABAJA_EN PROYECTO CONTROLA_A M N N 1 supervisorsupervisado El tipo de vínculo binario CONTROLA_A entre DEPARTAMENTO y PROYECTO tiene razón de cardinanlidad 1:N, si la regla es que un departamento puede controlar a varios proyectos, pero un proyecto solo puede estar administrado por un departamento. 4)

13 13 Restricción de participación: Especifica si la existencia de una entidad depende de que esté relacionada con otra entidad a través del tipo de vínculos. Hay dos clases de restricciones de participación –total y parcial- Participación total: Existe, si en la política del minimundo se establece que toda entidad participante en un tipo de vínculo debe asociarse con otra entidad participante en el tipo de vínculo, es decir; una entidad sólo puede existir si participa en un ejemplar del vínculo. La participación total recibe a veces el nombre de dependencia de existencia. Participación parcial: Significa que algunas o “parte del conjunto de” entidades participantes en el tipo de vínculo están relacionadas con una entidad de otro tipo de entidad participante, pero no necesariamente todas. En los diagramas ER, las razones de cardinalidad de los vínculos binarios se indican anotando 1, M, y N al lado izquierdo o derecho de los rombos que representan los tipos de vínculos según corresponda la participación de las entidades. La participación total se indica con una línea doble que conecta el tipo de entidades participante con el vínculo, en tanto que la participación parcial se indica con una línea simple. EMPLEADODEPARTAMENTO PERTENECE_A DIRIGESUPERVISION N1 11 N1 TRABAJA_EN PROYECTO CONTROLA_A M N N 1 supervisado La razón de cardinalidad y las restricciones de participación, forman en conjunto las restricciones estructurales de un tipo de vínculos. supervisor

14 14 Atributos de los tipos de vínculos: Los tipos de vínculos también pueden tener atributos, similares a los de los tipos de entidades. Los atributos de los tipos de vínculos 1:1 o 1:N se pueden trasladar a uno de los tipos de entidades participantes. La desición de donde colocar un atributo del vínculo –como atributo del tipo de vínculos o como atributo de un tipo de entidades participante- es algo que debe determinar subjetivamente el diseñador del sistema. Los tipos de vínculos M:N, algunos atributos pueden estar determinados por la combinación de las entidades participantes en un ejemplar de vínculo, y no por alguna de ellas sola. Tales atributos deberán especificarse como atributos del vínculo. Reglas para trasladar atributos: 1)En el caso particular de un tipo de vínculos 1:N, un atributo de éste; sólo se podrá trasladar al tipo de entidades que está del lado N del vínculo. 2)Para el tipo de vínculos 1:1 los atributos se podrán trasladar a cualquiera de los dos tipos de entidades participantes, aunque habría que considerar conceptualmente a donde pertenece el atributo. Ejemplos Para registrar el número de horas por semana que un empleado trabaja en un proyecto, podemos incluir un atributo Horas para el tipo de vínculo TRABAJA_EN. Incluir la fecha en la que un gerente comenzó a dirigir un departamento, mediante un atributo FechaInic para el tipo de vínculo DIRIGE. Este atributo puede ser atributo tanto de Empleado como de Departamento, aunque conceptualmente pertenece a DIRIGE. La razon es que DIRIGE en un vínculo 1:1, de modo que toda entidad departamento o empleado participará en cuando más un ejemplar de vínculo. Por lo tanto, el valor del atributo FechaInic se puede determinar por separado, ya sea mediante la entidad departamento participante o por la entidad empleado (gerente) participante. 1) 2) Y si el vínculo PERTENECE_A tuviera también un atributo FechaInicD que indica cuándo un empleado comenzó a trabajar para un departamento, dicho atributo se podrá incluir como atributo de Empleado. Esto se debe a que el vínculo es 1:N, de modo que cada entidad empleado participa en cuando más un ejemplar de vínculo PERTENECE_A. 3) Para el atributo Horas del vínculo M:N TRABAJA_EN; el número de horas que un Empleado trabaja en un proyecto lo determina una combinación empleado- proyecto y no cualquiera de las dos entidades individualmente. 4)

15 15 EMPLEADODEPARTAMENTO PERTENECE_A DIRIGESUPERVISION N1 11 N1 TRABAJA_EN PROYECTO CONTROLA_A M N N 1 supervisadosupervisor Horas FechaInic FechaInicD Tipos de entidades débiles 1)Es posible que algunos tipos de entidades no tengan atributos clave propios; éstos se denominan tipos de entidades débiles. 2)Las entidades que pertenecen a un tipo de entidades débil se identifican por su relación con entidades específicas de otro tipo de entidades, en combinación con algunos valores de sus atributos. Este tipo de entidad es el propietario identificador, y llamamos al tipo de vínculos que relaciona un tipo de entidades débil con su propietario el vínculo identificador del tipo de entidades débil. 3)Los tipos de entidades débiles siempre tienen una restricción de participación total (dependencia de existencia) con respecto a su vínculo identificador, porque una entidad débil no se puede identificar sin una entidad propietaria. 4)Sin embargo, no toda dependencia de existencia resulta en un tipo de entidades débil. Ejemplos Con respecto al punto 4), una entidad LICENCIA_DE_CONDUCTOR no puede existir a menos que esté relacionada con una entidad PERSONA, pero tiene su propia clave (Núm_Licencia) y por lo tanto no es una entidad débil. 1)

16 16 En nuestro prediseño el tipo de entidades DEPENDIENTE tiene el atributo Empleado, por lo tanto está relacionada con EMPLEADO, y deberá de convertirse en un tipo de vínculo, que sirve para llevar el control de los dependientes de cada empleado, y la razón de cardinalidad será de 1:N, con participación total. Los atributos de DEPENDIENTE son NombreDependiente (el nombre de pila del dependiente) FechaNac, Sexo, Parentesco (con el empleado). Es posible en caso remoto, que dos dependientes de empleados distintos tengan los mismos valores para sus atributos, pero seguirán siendo entidades distintas. Se podrán identificar como entidades distintas sólo después de determinar la entidad empleado con la que está relacionada cada una. Se dice que cada entidad empleado posee (o es propietaria de) las entidades dependiente relacionadas con ella. 2) Por lo regular, los tipos de entidades débiles tienen una clave parcial, que es el conjunto de atributos que pueden identificar de manera única las entidades débiles relacionadas con la misma entidad propietaria. Ejemplo Si suponemos que nunca dos dependientes del mismo empleado tendrán el mismo nombre, el atributo NombreDependiente de DEPENDIENTE será la clave parcial. 1) Hay ocasiones en las que los tipos de entidades débiles se representan en forma de atributos multivaluados compuestos. En los diagramas ER los tipos de entidades débiles y sus vínculos identificadores se distinguen rodeando los rectángulos y rombos con líneas dobles. El atributo de clave parcial se subraya con una línea punteada. Consideraciones: Una estrategia para decidir elegir la representación de tipos de entidades débil es: Si tiene muchos atributos y además participa de manera independiente en otros tipos de vínculos, aparte de su tipo de vínculo identificador, deberá ser modelada como un tipo de entidad débil. En general, es posible definir cualquier cantidad de niveles de tipos de entidades débiles; un tipo de entidades propietario puede ser él mismo un tipo de entidad débil. Además, los tipos de entidades débiles pueden tener más de un tipo de entidades identificador y un tipo de vínculo identificador de grado superior a dos. Ejemplo Podriamos especificar un atributo multivaluado compuesto Dependientes para EMPLEADO, constituido por los atributos NombreDependiente, FechaNac, Sexo y Parentesco. El diseñador de la BD decide cuál representación se utilizará. 1)

17 17 EMPLEADODEPARTAMENTO PERTENECE_A DIRIGESUPERVISION N1 11 N1 TRABAJA_EN PROYECTO CONTROLA_A M N N 1 supervisadosupervisor Horas FechaInic FechaNac DEPENDIENTES_DE DEPENDIENTE Parentesco SexoNombre Este esquema nos queda después de refinar el diseño de la BD ejemplo COMPAÑIA. Convertimos los atributos que representan vínculos en tipos de vínculos. A partir de los requerimientos se determinó la razón de cardinalidad y la restricción de participación de cada tipo de vínculos. Si no es posible determinar alguna razón de cardinalidad o dependencia, habrá que consultar con los usuarios para determinar estas propie- dades estructurales. Consultando con los usuarios completamos los requerimientos siguientes: Un departamento siempre debe tener un gerente, lo que implica participación total. Se determinó que hay departamentos que no controlan proyectos, lo que implica participación parcial. Los usuarios nos dicen que no todo empleado es un supervisor y no todo empleado tiene un supervisor, de modo que ambas participaciones son parciales. Despues de especificar los seis tipos de vínculos, eliminamos de los tipos de entidades todos los atributos que se convirtieron en vínculos durante la refinación. 1 N

18 18 Una notación alternativa de ER con la que también se pueden especificar las restricciones estructurales consiste en asociar un par de números enteros (mín, máx) a cada participación de un tipo de entidades E en un tipo de vínculos R, donde 0 = 1. Los números significan que, para cada entidad e de E, e debe participar en por lo menos mín y cuando más en máx ejemplares de vínculos de R en todo momento. En este método, mín = 0 implica participación parcial, en tanto que mín > 0 implica participación total. Este método es más preciso y fácil de usar para especificar restricciones estructurales de tipos de vínculos de cualquier grado. EMPLEADODEPARTAMENTO PERTENECE_A DIRIGESUPERVISIONTRABAJA_EN PROYECTO CONTROLA_A supervisadosupervisor Horas FechaInic FechaNac DEPENDIENTES_DE DEPENDIENTE Parentesco SexoNombre FechaN NSSNombre NomPila Paterno Materno Sexo Dirección Salario NumDeEmpleados Nombre Número Lugares Nombre Número Lugar (0, N) (0, 1) trabajador (1, N) empleado (0, N) empleado (1, 1) empleado (0, 1) departamento- dirigido (1, 1) departamento (1, N) departamento- controlador proyecto- controlado (1, 1) (0, N) proyecto (1, N) dependiente (1, 1)