Aula 05 230211 Modelo ER

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Banco de Dados
Haroldo Amaral (haroldo.amaral@gmail.com)
Licenciatura em Computação – 5° Período
23/02/2011
Aula 05 – O Modelo Entidade-Relacionamento (ER)
O Projeto de BD
A Modelagem Conceitual
(Tipos) Entidade
(Tipos) Relacionamentos
Atributos
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Banco de Dados
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Projeto de um BD
Diagrama simplificado ilustrando as principais fases do PROJETO de um Banco de Dados
A Modelagem Conceitual
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O Modelo Entidade-Relacionamento (ER)
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Entidades
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Uma ENTIDADE constitui um conceito básico do modelo ER, usado para representar ‘algo’ do mundo real, com uma existência independente
Pode representar um objeto com uma existência física
Por exemplo, uma Pessoa, um Carro ou um Empregado
Pode representar um objeto com uma existência conceitual
Por exemplo, uma Empresa, um Trabalho ou um Projeto
Entidades
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As propriedades (características) que a descrevem uma entidade são representadas por seus ATRIBUTOS
Por exemplo, uma entidade Empregado pode ser descrita pelos atributos Nome, Endereço, Idade e FoneResidencial
Cada um dos atributos de uma entidade terá um valor (ou conjunto de valores)
Os valores dos atributos que descrevem cada entidade se tornarão a maior parte dos dados armazenados no BD
Para cada atributo, existe um conjunto de valores permitidos – DOMÍNIO
Por exemplo, o domínio do atributo Nome da entidade EMPREGADO poderia ser o conjunto de todas as strings de texto de certo tamanho
Entidades
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Atributos
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O Modelo ER pode representar diversos tipos de atributos
Simples vs. Composto
Univalorado vs. Multivalorado
Armazenado vs. Derivado
Atributos Simples e Atributos Compostos
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Atributos simples (ou atômicos) são atributos que não são divisíveis em partes
Atributos compostos podem ser divididos em sub-partes menores com significados independentes, representando atributos simples ou ainda atributos compostos
Atributos Monovalorados e Atributos Multivalorados
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Atributos monovalorados são atributos que possuem um valor único
Por exemplo, Idade é um atributo monovalorado de uma Pessoa
Atributos multivalorados são atributos que podem ter um conjunto de valores
Por exemplo, a Titulação de uma Pessoa pode ser um atributo multivalorado, uma vez que ela pode possuir zero ou mais títulos
Um atributo multivalorado deve ter um limite inferior e superior para restringir o número de valores permitidos para cada entidade individual
Atributos Armazenados e Atributos Derivados
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Em alguns casos, dois ou mais valores de atributos podem estar relacionados
Por exemplo, os atributos Idade e DataNascimento de uma Pessoa
Para uma entidade Pessoa, o valor da Idade pode ser determinado pela data corrente e o valor do de DataNascimento
Assim, o atributo Idade é chamado de atributo derivado do atributo DataNascimento que, por sua vez, é chamado de atributo armazenado
Alguns atributos podem ainda ser derivados de entidades relacionadas
Por exemplo, o atributo NumeroEmpregados , de uma entidade Departamento, pode ser derivado da contagem de empregados relacionados (que trabalham) ao departamento
Atributos
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Valores nulos (nulls) de atributos
É possível que uma entidade possua atributos que não tenham valores aplicáveis a um(ns) dele(s)
Por exemplo, o atributo Titulação pode ter um valor null para uma entidade Pessoa que não possui títulos
Por exemplo, o atributo TelefoneResidencial pode ter um valor null quando não se conhece o seu valor para uma entidade Pessoa
Atributos
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Atributos compostos e multivalorados podem ser aninhados de maneira arbitrária, sendo assim chamados de atributos complexos
Por exemplo, o atributo EnderecoFone de uma entidade PESSOA
Tipos Entidade
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Um tipo entidade define uma coleção (conjunto) de entidades que possuem os mesmos atributos, descrito pelo seu nome e seus atributos
Tipos Entidade
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Por questões de simplicidade, na maioria das vezes, usamos o termo “Entidade” para denotarmos a Entidade propriamente dita e o Tipo Entidade associado
Representação gráfica ER:
Um tipo entidade, num diagrama ER, é representado por um retângulo, com o seu nome
Os nomes dos atributos são colocados em elipses conectados por linhas retas ao seu tipo entidade
Atributos compostos são conectados aos seus atributos componentes por linhas retas
Atributos multivalorados são identificados por elipses duplas
Tipos Entidade
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Representação gráfica – Exemplo:
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
Departamento
Nome
Número
Localizações
Restrições de Chave de Tipo Entidade
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Um tipo entidade, geralmente, possui um atributo (ou conjunto de atributos), cujos valores são distintos para cada entidade
ATRIBUTOS-CHAVE
Isso garante a propriedade de unicidade para todo o conjunto de entidades de um tipo entidade
Restrições de Chave de Tipo Entidade
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Uma SUPERCHAVE é um conjunto de um ou mais atributos que, juntos, permitem identificar unicamente uma entidade de um tipo entidade
Esse conceito é redundante, pois uma superchave pode conter atributos desnecessários, na garantia da unicidade
Estamos interessados em superchaves para as quais nenhum subconjunto apropriado é uma superchave
Essas superchaves mínimas são chamadas de CHAVES CANDIDATAS
Todos os atributos componentes devem ser incluídos para garantir a propriedade de unicidade
É possível haver vários conjuntos distintos de atributos que possam servir como chave candidata
Restrições de Chave de Tipo Entidade
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Então, entre as possíveis chaves candidatas, temos que escolher apenas uma como o principal meio de identificar entidades dentro de um conjunto de entidades
A chave candidata escolhida é chamada de CHAVE PRIMÁRIA
Num diagrama ER, os atributos-chave têm seus nomes sublinhados dentro da elipse
Restrições de Chave de Tipo Entidade
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Representação gráfica – Exemplo:
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
Departamento
Nome
Número
Localizações
Atividade
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Atividade
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A empresa está organizada em departamentos. Cada departamento tem um único nome, um único número e um empregado que gerencia o departamento. Temos a data em que o empregado começou a gerenciar o departamento. E este pode ter diversas localizações
Um departamento controla um número qualquer de projetos, cada qual com um único nome, um único número e uma localização
Armazenamos o nome de cada empregado, o número do seguro social, endereço, salário, sexo e data de nascimento. Um empregado está alocado a um departamento, mas pode trabalhar em diversos projetos que não são controlados, necessariamente, pelo mesmo departamento. Controlamos o número de horas semanais que um empregado trabalha em cada projeto. Também controlamos o supervisor direto de cada empregado
Queremos ter controle dos dependentes de cada empregado para fins de seguro. Guardamos o primeiro nome, sexo, data de nascimento de cada dependente e o parentesco com o empregado
Atividade
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Observações:
O modelo ER, por ser uma abstração de alto nível, nem sempre conseguimos modelar qualquer realidade
O único conceito que temos, até o momento, é o de entidade e seus atributos
Assim, precisamos modelar o minimundo, com o máximo de exatidão, apenas com esse conceito do modelo ER
À medida que formos vendo outros conceitos do modelo ER, refinamos o projeto, tornando a modelagem mais próximada realidade
Após análise do minimundo, identificamos quatro tipos de entidades:
Atividade
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Um tipo entidade DEPARTAMENTO, com os atributos Nome, Número, Localizações, Gerente e DataInícioGerência. O atributo Localizações é o único multivalorado. Nome e Número são atributos-chave (separados e não compostos), pois foram definidos como únicos (não existe mais de um com o mesmo valor)
Atividade
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Um tipo entidade PROJETO, com os atributos Nome, Número, Localização e DepartamentoControle. Nome e Número são atributos-chave (separados)
Atividade
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Um tipo entidade EMPREGADO, com os atributos Nome, SSN, Sexo, Endereço, Salário, DataNascimento, Departamento e Supervisor. Nome (PrimeiroNome, InicialMeio, ÚltimoNome) e Endereço (Rua, Número, Apto, Cidade, Estado, CEP) podem ser atributos compostos; no entanto, isso não foi especificado nos requisitos
Como representar o fato de um empregado poder trabalhar em diversos projetos e o número de horas semanais trabalhadas?
Pode ser representada por um atributo composto multivalorado de EMPREGADO, chamado TrabalhaEm, com os componentes simples (Projeto, Horas)
Outra alternativa seria representar por um atributo composto multivalorado de PROJETO, chamado Trabalhadores, com os componentes simples (Empregado, Horas)
Atividade
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Atividade
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Um tipo entidade DEPENDENTE, com os atributos Empregado, NomeDependente, Sexo, DataNascimento e Parentesco
Relacionamentos
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Relacionamentos
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Relacionamentos
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Banco de Dados
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Quando um atributo de uma entidade referencia outra entidade, há um relacionamento
De acordo com o exemplo:
O atributo Gerente, de DEPARTAMENTO, corresponde a um empregado que gerencia o departamento
O atributo DepartamentoControle, de PROJETO, diz respeito ao departamento que controla o projeto
O atributo Supervisor, de EMPREGADO, refere-se a outro empregado
O atributo Departamento, de EMPREGADO, corresponde ao departamento no qual o empregado trabalha
...
Relacionamentos
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No projeto inicial dos tipos entidade, os RELACIONAMENTOS são capturados na forma de atributos
À medida que o projeto é refinado, esses atributos são convertidos em relacionamentos entre as entidades
Assim, no modelo ER, todas as referências citadas no exemplo deveriam ser representadas por RELACIONAMENTOS e não por atributos
Os RELACIONAMENTOS constituem um conceito do Modelo ER para expressar associações entre duas ou mais ENTIDADES
Tipos Relacionamento
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Da mesma forma que definimos um tipo entidade, um tipo relacionamento R entre n tipos entidade E1, E2, ..., En define um conjunto de associações (ou conjunto de relacionamentos) entre essas entidades
Matematicamente,
O conjunto de relacionamentos R é um conjunto de instâncias de relacionamento ri, tal que, cada ri associa-se a n entidades individuais (e1, e2, ..., en)
Cada entidade ej em ri é um membro do tipo entidade Ej, 1  j  n
Cada um dos tipos entidade participantes E1, E2, ..., En é dito participante do tipo relacionamento R
Cada uma das entidades individuais e1, e2, ..., en é conhecida como participante da instância de relacionamento ri 
Grau de um Tipo Relacionamento
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O grau de um tipo relacionamento é o número de entidades que participam dele
Nesse sentido, podemos distinguir dois tipos de relacionamentos:
Relacionamentos Binários  Aqueles que envolvem apenas duas entidades
Relacionamentos N-ários  Aqueles que envolvem mais de duas entidades
Normalmente, considera-se apenas relacionamentos com grau três – relacionamentos ternários
Os relacionamentos com grau maior que dois são mais complexos e devem ser evitados
Tipos Relacionamento
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Exemplo de relacionamento binário:
Algumas instâncias no conjunto de relacionamentos TRABALHA_PARA, que representa um tipo relacionamento entre EMPREGADO e DEPARTAMENTO
Tipos Relacionamento
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Nos diagramas ER, os tipos relacionamento são representados por losangos, com seu nome, onde os tipos entidade são conectados ao tipo relacionamento por linhas retas
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
Departamento
Nome
Número
Localizações
TRABALHA_PARA
Grau de um Tipo Relacionamento
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Exemplo de relacionamento ternário (veremos em breve):
Algumas instâncias de relacionamento no conjunto de relacionamentos ternário FORNECE
Tipos Relacionamento Recursivos
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Cada tipo entidade que participa de um tipo relacionamento exerce um papel
Quando os tipos entidade participantes são distintos, os nomes dos papéis não são necessários, uma vez que o próprio tipo entidade identifica o seu papel
Entretanto, quando os tipos entidade são os mesmos, o nome do papel é essencial para definir o sentido de participação
Esses tipos relacionamentos são chamados RELACIONAMENTO RECURSIVOS (ou AUTO-RELACIONAMENTOS)
Tipos Relacionamento Recursivos
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Exemplo:
Um relacionamento recursivo SUPERVISÃO entre EMPREGADO, no papel de supervisor (1), e EMPREGADO, no papel de subordinado (2)
Tipos Relacionamento Recursivos
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Exemplo:
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
SUPERVISÃO
Supervisor
Supervisiona
Papéis
Restrições sobre Tipos Relacionamento
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Restrições sobre relacionamentos limitam a possibilidade de combinações das entidades participantes
Essas restrições são determinadas no minimundo
Dois tipo restrições podem ser definidas:
Razão de cardinalidade
Restrições de participação
Restrições de Cardinalidade
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Especifica o número MÁXIMO de instâncias de relacionamento em que uma entidade pode participar
Considerando um conjunto de relacionamentos binário R entre conjuntos de entidades A e B, a cardinalidade máxima pode ser ...
Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Exemplo:
Relacionamento GERENCIA 1:1
Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Exemplo:
Um relacionamento SUPERVISÃO 1:N de supervisor para subordinado
Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Exemplo:
Um relacionamento TRABALHA_PARA N:1
Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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Exemplo:
Um relacionamento TRABALHA_EM M:N
Restrições de Cardinalidade
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Banco de Dados
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As razões de cardinalidade para relacionamentos binários, nos diagramas ER, são representadas pela exibição de 1, M ou N nos losangos
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
Departamento
Nome
Número
Localizações
TRABALHA_PARA
1
N
Restrições de Participação
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Banco de Dados
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A restrição de participação determina se a existência de uma entidade depende dela estar relacionada à outra entidade, por meio do tipo relacionamento
Essa restrição determina o número MÍNIMO de instâncias de relacionamento em que cada entidade pode participar
Também chamada de restrição de cardinalidade MÍNIMA
Restrições de Participação
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Banco de Dados
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Nesse sentido, a participação de um conjunto de entidades E num conjunto de relacionamentos R pode ser:
Total (ou dependência de existência)  Se todas as entidades em E participam em pelo menos um relacionamento em R
Participação obrigatória  Representada pela exibição de 1
Parcial  Se apenas algumasentidades em E participam em relacionamentos em R
Participação opcional  Representada pela exibição de 0
Restrições de Participação
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Banco de Dados
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Exemplo:
Participação Total de EMPREGADO no relacionamento TRABALHA_PARA
Restrições de Participação
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Banco de Dados
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Exemplo:
Participação Parcial de EMPREGADO no relacionamento GERENCIA
Restrições Estruturais
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Banco de Dados
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As razões de cardinalidade e restrições de participação, juntas, definem as RESTRIÇÕES ESTRUTURAIS de um tipo relacionamento
Nos diagramas ER:
A participação total é exibida como uma linha dupla conectada ao tipo entidade participante do relacionamento
A participação parcial é representada por uma linha única
OU
As restrições estruturais (cardinalidades máxima e mínima) são representadas por um par, onde o primeiro valor indica a cardinalidade mínima e o segundo valor indica a cardinalidade máxima
Restrições Estruturais
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Banco de Dados
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Exemplo:
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
Departamento
Nome
Número
Localizações
TRABALHA_PARA
1
N
CONTROLA
Projeto
Nome
Número
Localização
1
N
Restrições Estruturais
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Banco de Dados
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Exemplo:
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
Departamento
Nome
Número
Localizações
TRABALHA_PARA
(1, 1)
(1, N)
CONTROLA
Projeto
Nome
Número
Localização
(1, 1)
(0, N)
Atributos de Tipos Relacionamento
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Banco de Dados
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Os tipos relacionamento também podem ter atributos, similares aos atributos dos tipos entidade
Atributos de tipos relacionamento M:N são determinados pela combinação de entidades participantes de uma instância de relacionamento, e não por uma entidade única
Por exemplo, o atributo Horas, no relacionamento TRABALHA_EM, entre EMPREGADO e PROJETO, é determinado por uma combinação empregado-projeto, e não separadamente por qualquer uma das entidades
Atributos de Tipos Relacionamento
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Banco de Dados
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Exemplo:
Atributo Horas do relacionamento M:N TRABALHA_EM entre EMPREGADO e PROJETO
Atributos de Tipos Relacionamento
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Banco de Dados
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Atributos de relacionamento 1:1 podem ser migrados para um dos tipos entidade participantes
Por exemplo, para um tipo relacionamento GERENCIA entre os tipos entidade EMPREGADO e DEPARTAMENTO, o atributo DataInício pode ser atributo tanto de EMPREGADO quanto de DEPARTAMENTO
Toda entidade departamento ou empregado participa de, pelo menos, uma instância do relacionamento
Portanto, o valor do atributo DataInício pode ser determinado pela entidade departamento ou pela entidade empregado
Atributos de Tipos Relacionamento
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Banco de Dados
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Exemplo:
Atributo DataInício do relacionamento 1:1 GERENCIA entre EMPREGADO e DEPARTAMENTO
(DataInício)
(DataInício)
(DataInício)
Atributos de Tipos Relacionamento
23/02/2011
Banco de Dados
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Atributos de relacionamento 1:N (ou N:1) podem ser migrados apenas para o tipo entidade do lado N do relacionamento
Por exemplo, para um tipo relacionamento TRABALHA_PARA entre os tipos entidade EMPREGADO e DEPARTAMENTO, o atributo DataInício pode ser atributo de EMPREGADO
Indica quando um empregado começou a trabalhar para um departamento
Cada empregado trabalha apenas para um departamento, portanto, participa de pelo menos uma instância do relacionamento TRABALHA_PARA
Atributos de Tipos Relacionamento
23/02/2011
Banco de Dados
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Exemplo:
Participação Total de EMPREGADO no relacionamento TRABALHA_PARA
(DataInício)
(DataInício)
Tipos Entidade Fraca
23/02/2011
Banco de Dados
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Tipos entidade que não possuem seus próprios atributos-chave
Entidades que pertencem a um tipo entidade fraca são identificadas por estarem RELACIONADAS a entidades específicas de outro tipo entidade, pela combinação de valores de seus atributos
Esse outro tipo entidade é chamado de tipo entidade IDENTIFICADOR ou tipo entidade PROPRIETÁRIA
O tipo relacionamento entre o tipo entidade fraca e seu tipo proprietário de RELACIONAMENTO IDENTIFICADOR do tipo entidade fraca
Tipos Entidade Fraca
23/02/2011
Banco de Dados
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Um tipo entidade fraca sempre possui uma restrição de participação total em relação ao seu relacionamento identificador
Ou seja, uma entidade fraca não poderá ser identificada sem um tipo proprietário
Um tipo entidade fraca, normalmente, possui uma CHAVE PARCIAL, que é um conjunto de atributos que identifica, de modo exclusivo, as entidades fracas que estão relacionadas a uma mesma entidade proprietária
Tipos Entidade Fraca
23/02/2011
Banco de Dados
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Em diagramas ER, tanto o tipo entidade fraca quanto seu relacionamento identificador serão representados pela borda dupla no retângulo e no losango
Empregado
Nome
PNome
InicialM
UNome
Sexo
SSN
DataNascimento
Endereço
Salário
DEPENDENTE
Nome
Sexo
DataNascimento
DEPENDENTE_DE
N
1
Parentesco
Atividade
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Banco de Dados
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Podemos, agora, refinar o projeto de BD do exercício anterior, mudando os atributos que representam relacionamento para tipos relacionamento
Os seguintes tipos relacionamento são especificados ...
Atividade
23/02/2011
Banco de Dados
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GERENCIA, tipo relacionamento 1:1 entre EMPREGADO e DEPARTAMENTO. A participação de EMPREGADO é parcial e a de DEPARTAMENTO é total. O atributo DataInício é designado ao tipo relacionamento
TRABALHA_PARA, tipo relacionamento 1:N entre DEPARTAMENTO e EMPREGADO. Ambas as participações são totais
CONTROLA, tipo relacionamento 1:N entre DEPARTAMENTO e PROJETO. A participação de PROJETO é total, enquanto a de DEPARTAMENTO é parcial
Atividade
23/02/2011
Banco de Dados
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SUPERVISÃO, tipo relacionamento 1:N entre EMPREGADO (no papel de supervisor) e EMPREGADO (no papel de supervisionado). Ambas as participações são parciais
TRABALHA_EM, tipo relacionamento M:N entre EMPREGADO e PROJETO, com o atributo Horas. Ambas as participações são totais
DEPENDE_DE, tipo relacionamento 1:N entre EMPREGADO e DEPENDENTE, que também é o relacionamento identificador para o tipo entidade fraca DEPENDENTE. A participação de EMPREGADO é parcial e a de DEPENDENTE é total
23/02/2011
Banco de Dados
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Um diagrama do esquema ER para o banco de dados EMPRESA
23/02/2011
Banco de Dados
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Um diagrama do esquema ER para o banco de dados EMPRESA, com as restrições estruturais usando a notação (min, max)
(0,N)
(1,1)
(0,N)
(1,1)
(0,N)
(0,1)
(0,1)
(1,1)
(1,1)
(4,N)
Referências Usadas
23/02/2011
Banco de Dados
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