ER-Modell

Das Entity-Relationship-Modell (ER-Modell) ist ein konzeptionelles Datenmodell, das die Struktur einer Datenbank auf einer übergeordneten Ebene und unabhängig von einem bestimmten Datenbanksystem beschreibt. Es wurde 1976 von Peter Chen eingeführt. Im nächsten Entwurfsschritt wird das ER-Modell in ein Datenbankschema aus Tabellen, Primärschlüsseln und Fremdschlüsseln überführt.

Kernkonzepte

Entitäten

Eine Entität, auch Entitätsinstanz genannt, ist ein eindeutig identifizierbares Objekt der realen Welt oder der Vorstellung, z.B. ein bestimmter Kunde oder eine bestimmte Bestellung. Entitäten desselben Typs werden zu Entitätstypen zusammengefasst (z.B. Customer, Product, Order).

Attribute

Attribute beschreiben die Eigenschaften eines Entitätstyps.

Typ	Beschreibung	Beispiel
Einfach	Atomarer, unteilbarer Wert	FirstName, Age
Zusammengesetzt	Besteht aus Unterattributen	Address = (Straße, Stadt, PLZ)
Mehrwertig	Kann mehrere Werte enthalten	PhoneNumbers
Abgeleitet	Berechnet aus einem anderen Attribut	Age abgeleitet aus BirthDate

Das Schlüsselattribut identifiziert jede Entitätsinstanz eindeutig, z.B. CustomerID. Im Datenbankschema wird es dann zum Primärschlüssel.

Beziehungen

Eine Beziehung beschreibt eine Verbindung zwischen zwei oder mehreren Entitätstypen. Wie Entitäten werden Beziehungen zu Beziehungstypen zusammengefasst (z.B. ein Customer gibt eine Order auf). Der Beziehungstyp selbst drückt diese Verbindung aus, deshalb enthält das ER-Modell keine Fremdschlüssel. Diese entstehen erst bei der Überführung in das Datenbankschema. Beziehungen können auch eigene Attribute haben (z.B. kann eine WorksFor-Beziehung ein StartDate tragen).

Kardinalitäten

Die Kardinalität legt fest, wie viele Instanzen einer Entität mit Instanzen einer anderen Entität verknüpft sein können.

Typ	Beschreibung	Beispiel
1:1	Eine Instanz bezieht sich auf genau eine andere	Eine Person hat einen Reisepass
1:N	Eine Instanz bezieht sich auf viele andere	Ein Kunde gibt viele Bestellungen auf
N:M	Viele Instanzen beziehen sich auf viele andere	Studenten belegen mehrere Kurse; Kurse haben mehrere Studenten

Die Teilnahme legt darüber hinaus fest, ob jede Entitätsinstanz an einer Beziehung beteiligt sein muss:

• Totale Teilnahme (obligatorisch): Jede Instanz muss an mindestens einer Beziehung beteiligt sein, z.B. muss jede Bestellung einem Kunden zugeordnet sein.
• Partielle Teilnahme (optional): Manche Instanzen nehmen möglicherweise nicht teil, z.B. hat nicht jeder Kunde eine Bestellung aufgegeben.

Schwache Entitäten

Eine schwache Entität kann nicht allein anhand ihrer eigenen Attribute eindeutig identifiziert werden. Für ihre Identität ist sie von einer starken Entität (Eigentümer) abhängig.

• Die schwache Entität hat einen Teilschlüssel (Diskriminator), der nur im Kontext ihres Eigentümers eindeutig ist.
• Die Beziehung, die eine schwache Entität mit ihrem Eigentümer verbindet, wird als identifizierende Beziehung bezeichnet.
• Eine schwache Entität nimmt an ihrer identifizierenden Beziehung immer total teil.

Beispiel: OrderItem ist eine schwache Entität. Ihr Teilschlüssel LineNumber ist nur innerhalb einer bestimmten Order eindeutig. Die vollständige Identität lautet (OrderID, LineNumber).

Notation

Element	Bedeutung
Rechteck	Entitätstyp
Doppelt umrandetes Rechteck	Schwacher Entitätstyp
Raute	Beziehungstyp
Doppelt umrandete Raute	Identifizierende Beziehung
Ellipse	Attribut
Ellipse mit unterstrichenem Namen	Schlüsselattribut
Ellipse mit gestrichelt unterstrichenem Namen	Teilschlüssel einer schwachen Entität
Doppelt umrandete Ellipse	Mehrwertiges Attribut
Gestrichelte Ellipse	Abgeleitetes Attribut
Ellipse mit weiteren Ellipsen	Zusammengesetztes Attribut und seine Unterattribute
Einfache Linie	Partielle Teilnahme
Doppelte Linie	Totale Teilnahme
1, N, M an einer Linie	Kardinalität

Wichtig: Im Gegensatz zu einem Tabellendiagramm oder einem UML-Klassendiagramm werden die Attribute einer Entität nicht in ihr Rechteck geschrieben. Jedes Attribut erhält eine eigene Ellipse, die durch eine Linie mit der Entität verbunden ist.

Beispiel: Bestellverwaltung

Ein Customer gibt Orders auf, die jeweils aus einem oder mehreren OrderItems bestehen. Jede Bestellung gehört zu einem Kunden und enthält mindestens eine Position, daher nimmt Order an beiden Beziehungen total teil. Ein Kunde ohne Bestellungen ist zulässig.

  ╭────────────╮    ╭──────╮    ╭───────╮
  │ CustomerID │    │ Name │    │ Email │
  │ ────────── │    ╰───┬──╯    ╰───┬───╯
  ╰─────┬──────╯        │           │
        └───────────────┼───────────┘
                        │
                ┌───────┴───────┐
                │   Customer    │
                └───────┬───────┘
                        │ 1
                  ╱─────┴─────╲
                 ╱    places   ╲
                 ╲             ╱
                  ╲─────╥─────╱
                        ║ N
                ┌───────╨───────┐        ╭─────────╮
                │     Order     ├───┬────┤ OrderID │
                └───────╥───────┘   │    │ ─────── │
                        ║           │    ╰─────────╯
                        ║ 1         │    ╭───────────╮
                        ║           └────┤ OrderDate │
                  ╱═════╩═════╲          ╰───────────╯
                 ╱╱  contains ╲╲
                 ╲╲           ╱╱
                  ╲═════╦═════╱
                        ║ N
                ╔═══════╩═══════╗        ╭────────────╮
                ║   OrderItem   ╟───┬────┤ LineNumber │
                ╚═══════════════╝   │    │ ╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌ │
                                    │    ╰────────────╯
                                    │    ╭──────────╮
                                    └────┤ Quantity │
                                         ╰──────────╯

Häufige Fehler

1. Attribute im Entitätsrechteck: Ein Rechteck mit einer Liste von Spalten ist eine Tabelle eines Datenbankschemas, kein Entitätstyp nach Chen.
2. Fremdschlüssel als Attribute: CustomerID als Attribut von Order dupliziert die Beziehung places und gehört erst als Fremdschlüssel ins Datenbankschema.
3. UML-Multiplizitäten in einem Chen-Diagramm: Statt UML-Bereichen wie 1..* oder 0..1 verwendet Chen 1, N und M und drückt das Minimum über einfache oder doppelte Linien aus.
4. Schwache Entität ohne identifizierende Beziehung: Ein doppelt umrandetes Rechteck erfordert eine doppelt umrandete Raute, die es mit seinem Eigentümer verbindet.

Siehe auch

• Datenbankschema: die aus einem ER-Modell abgeleiteten Tabellen, Schlüssel und Überführungsregeln
• Datenbankentwicklungsphasen: das ER-Modell als Ergebnis der konzeptionellen Phase
• Normalisierung: Beseitigung von Redundanz in den aus einem ER-Modell abgeleiteten Tabellen