엔티티-관계(ER) 모델을 사용한 데이터 모델링 CHAPTER 3 엔티티-관계(ER) 모델을 사용한 데이터 모델링

Chapter Outline Overview of Database Design Process Example Database Application (COMPANY) ER Model Concepts Entities and Attributes Entity Types, Value Sets, and Key Attributes Relationships and Relationship Types Weak Entity Types Roles and Attributes in Relationship Types ER Diagrams - Notation ER Diagram for COMPANY Schema Alternative Notations – UML class diagrams, others Relationships of Higher Degree

데이터베이스 설계 과정 개요 두가지 주요 작업: 응용 설계 이 장에서는 개념적 데이터베이스 설계 (conceptual database design)에 집중함 데이터베이스 응용을 위한 개념적 스키마 (conceptual schema)를 설계하기 위한 단계 응용 설계는 데이터베이스를 접근하는 프로그램과 인터페이스에 집중함 주로 소프트웨어 공학 측면에서 고려됨

데이터베이스 설계 과정 개요

개념적 설계 방법론 엔터티 관계(ER) 다이어그램 (이 장에서 다룸) 대규모 디자인의 설계 및 문서화를 위해 산업체에서 디자인 툴로 사용 UML (Unified Modeling Language) 클래스 다이어그램은 개념 데이터베이스 설계를 문서화하는 데 실무에서 널리 사용됨

회사(COMPANY) 데이터베이스 예제 회사(COMPANY) 데이터베이스의 다음 (간략화된) 요구 사항을 기반으로 데이터베이스 스키마 설계를 만들과자 함 : 회사는 부서로 구성되어 있습니다. 각 부서에는 이름, 번호 및 부서를 관리하는 직원이 있습니다. 부서 관리자의 시작 날짜를 추적합니다. 부서에 여러 위치가 있을 수 있습니다. 각 부서는 여러 프로젝트를 관리합니다. 각 프로젝트는 고유한 이름과 고유 번호를 가지며 한 곳에만 위치합니다.

회사(COMPANY) 데이터베이스 예제 (Continued) 데이터베이스는 각 사원의 주민등록번호, 주소, 급여, 성별 및 생년월일을 저장합니다. 각 사원은 한 부서에서 일하지만 여러 프로젝트에서 일할 수 있습니다. 사원이 현재 각 프로젝트에서 작업하는 주당 시간 수를 추적합니다. 각 직원의 직속 상사(supervisor)를 추적해야합니다. 각 사원은 여러 명의 부양가족(DEPENDENT)를 가질 수 있습니다. 각 부양 가족에 대해, 이름, 성별, 생년월일 및 사원과의 관계를 기록합니다.

ER 모델 개념 엔터티(Entity)와 애트리뷰트(Attribute) 예: John Smith라는 사원, Research라는 부서, ProductX라는 프로젝트 등. 애트리뷰트는 엔터티를 설명하는 속성(properties)들임. 예: 사원 엔터티는 이름, SSN, 주소, 성별, 생일을 애트리뷰트로 가질 수 있음. 특정 엔터티는 각 애트리뷰들에 대한 값을 가질 수 있음. 예: 한 특정 사원 엔터티는 Name='John Smith', SSN='123456789', Address ='731, Fondren, Houston, TX', Sex='M', BirthDate='09-JAN-55‘ 값을 가짐. 각 애트리뷰트는 자신과 관련된 값의 집합 (또는 데이터 타입)을 가짐 – 예: 정수, 문자열, 날짜, 열거형 타입 등. …

애트리뷰트 종류 (1) 단순(Simple) 각 엔티티는 애트리뷰트 값으로 단일 원자 값을 가짐. 예: SSN 또는 성별. 복합(Composite) 애트리뷰트가 여러 구성 요소로 구성됨. 예를 들면: Address(Apt#, House#, Street, City, State, ZipCode, Country), 또는 Name(FirstName, MiddleName, LastName). 복합 애트리뷰트는 일부 구성 요소가 또 다른 복합 애트리뷰트인 계층 구조 형태를 가질 수 있음. 다치(Multi-valued) 애트리뷰트 값으로 여러 개의 값을 가질 수 있음. 예: 자동차의 색깔, 학생의 이전 학위(PreviousDegree). {Color} 또는 {PreviousDegrees} 라고 표기함.

애트리뷰트 종류(2) 드물지만, 복합 및 다중 값 속성은 임의 개수의 단계들로 중첩 될 수 있음. 예를 들어, 학생의 이전 학위(PreviousDegrees)는 {PreviousDegrees (College, Year, Degree, Field)}로 표시되는 복합 다중 값 애트리뷰트입니다. 여러 개의 PreviousDegrees 값이 존재할 수 있으며, 각각 4 개의 하위 구성 요소 애트리뷰트를 갖습니다: College, Year, Degree, Field

복합 애트리뷰트의 예제

엔터티 타입과 키 애트리뷰트 (1) 동일한 애트리뷰트들을 갖는 엔터티들은 한 엔티티 타입으로 그룹화되거나 타입화됨. 예를들어, EMPLOYEE 엔터티 타입과 PROJECT 엔터티 타입. 각 엔티티가 고유한 값을 가져야 하는 애트리뷰트를 그 엔터티 타입의 키 애트리뷰트라고 함. 예를 들어, EMPLOYEE의 SSN.

엔터티 타입과 키 애트리뷰트(2) 키 애트리뷰트는 복합 애트리뷰트일 수 있음. VehicleTagNumber는 CAR 엔터티 타입의 키이며, (Number, State)로 구성된 복합 애트리뷰트이다. 한 엔터티 타입은 여러 개의 키를 가질 수 있음. CAR 엔터티 타입은 두개의 키를 갖는다: VehicleIdentificationNumber (주로 VIN라 불림) VehicleTagNumber (Number, State), 자동차 번호판. 각 키에는 밑줄을 침. (참고 : ER 모델의 키는 하나의 "기본 키”에 밑줄이 있는 관계형 스키마와 다름).

엔터티 집합 (Entity Set) 각 엔티티 타입은 데이터베이스에 저장된 엔티티들의 모임(collection)을 가짐. 엔터티 집합(entity set) 또는 가끔 엔터티 모임(entity collection) 이라고 부름 이전 슬라이드는 CAR 엔터티 집합 내에 있는 세개의 CAR 엔티티 인스턴스를 보여줌. 동일한 이름(CAR)이 엔터티 타입과 엔터티 집합 모두를 나타내는 데 사용됨. 그러나, 엔터티 타입과 엔터티 집합에 서로 다른 이름을 줄 수 있음. 엔터티 집합은 데이터베이스에 저장된 그 타입의 엔터티들의 현재 상태임.

애트리뷰트의 값 집합(도메인) 각 단순 애트리뷰트는 하나의 값 집합에 연관됨. 예: 성(Lastname)은 최대 15개 문자로 된 문자 열을 값으로 갖는다. 날짜는 MM-DD-YYYY로 구성된 값을 갖는다 (여기서 각 문자는 하나의 정수임 값 집합(value set)은 한 애트리뷰트에 연관된 값들의 집합을 말함

애트리뷰트와 값 집합 값 집합은 대부분의 프로그래밍 언어의 데이터 타입(예 : 정수, 문자 (n), 실수, 비트) 과 유사함. 엔터티 타입 E의 한 애트리뷰트 A가 값 집합 V를 가질 경우, 수학적으로 다음과 같은 함수로 정의됨: A : E -> P(V) 여기서 P(V)는 V의 멱집합(power set) (모든 가능한 부분 집합을 의미함)를 나타냄. 엔터티 e에 대한 애트리뷰트 A의 값을 A(e)로 표기함.

엔터티 타입의 표시 ER 다이어그램에서 엔티티 타입은 사각형 상자에 표시됨. 애트리뷰트들은 타원으로 표시됨 각 애트리뷰트는 해당 엔티티 타입에 연결됩니다 복합 애트리뷰트의 구성 요소는 복합 애트리뷰트를 나타내는 타원에 연결됩니다 각 키 애트리뷰트는 밑줄이 그어집니다. 다치 애트리뷰트는 이중 타원으로 표시됩니다. 전체 ER 표기법은 다음 슬라이드를 참조 바람

ER 다이어그램을 위한 표기법

두개의 키를 갖는 CAR 엔터티 타입 및 관련된 엔터티 집합

회사(COMPANY) 데이터베이스 스키마를 위한 엔터티 타입들의 초기 개념적 설계 DEPARTMENT PROJECT EMPLOYEE DEPENDENT 초기 개념 설계는 다음 슬라이드에 나와 있음. 표시된 초기 애트리뷰트는 요구 사항 설명에서 유도됨.

엔터티 타입들의 초기 설계: EMPLOYEE, DEPARTMENT, PROJECT, DEPENDENT

관계를 도입하여 초기 설계를 개선 초기 디자인은 일반적으로 완전하지 않음 요구 사항의 일부 요소들은 관계로 표시됨 ER 모델에는 세 가지 주요 개념이 있음: 엔터티 (및 엔터티 타입과 엔터티 집합) 애트리뷰트 (단순, 복합, 다치) 관계 (및 관계 타입과 관계 집합) 관계 개념은 뒤에서 소개함

관계와 관계 타입 (1) 관계는 특정 의미를 가진 둘 이상의 별개의 엔티티와 관련됨. 예를 들어, EMPLOYEE John Smith는 ProductX PROJECT에서 일하거나, EMPLOYEE Franklin Wong은 Research DEPARTMENT를 관리합니다. 동일한 타입의 관계는 관계 타입으로 그룹화되거나 타입화됨. 예를 들어, EMPLOYEE 및 PROJECT가 참여하는 WORKS_ON 관계 타입 또는 EMPLOYEE 및 DEPARTMENT가 참여하는 MANAGES 관계 타입이 있습니다. 관계 타입의 차수는 참여하는 엔티티 타입의 개수임. MANAGES와 WORKS_ON은 이진 관계입니다.

EMPLOYEE와 DEPARTMENT 간의 WORKS_FOR N:1 관계의 관계 인스턴스

EMPLOYEE와 PROJECT 간의 M:N WORKS_ON 관계의 관계 인스턴스

관계 타입 대 관계 집합 (1) 관계 타입: 관계 집합: 관계의 스키마 설명이다. 관계 이름 및 참여 엔티티 유형을 식별합니다. 특정 관계 제약 조건도 식별합니다. 관계 집합: 데이터베이스에 표시된 현재 관계 인스턴스의 집합 관계 타입의 현재 상태

관계 타입 대 관계 집합 (2) 이전 그림에는 관계 세트가 표시되었음. 집합내의 각 인스턴스는 개별 참여 엔티티 (각 참여 엔티티 타입에서 하나씩)와 관련됨 ER 다이어그램에서 관계 타입을 다음과 같이 나타냄 : 다이아몬드 모양의 상자는 관계 타입을 표시하는 데 사용됨 참여 엔티티 타입을 직선으로 연결함 관계 타입은 화살표로 표시되지 않습니다. 그 이름은 일반적으로 왼쪽에서 오른쪽으로, 위에서 아래로 읽을 수 있어야 합니다.

관계를 도입하여 회사 데이터베이스 스키마 개선 요구 사항을 조사하여, 6 가지 관계 타입이 식별됨 모든 관계 타입은 (차수가 2인) 이진 관계임 참여 엔티티 타입들과 함께 아래에 나열 됨 : WORKS_FOR (EMPLOYEE와 DEPARTMENT간의 관계) MANAGES (EMPLOYEE와 DEPARTMENT간의 관계) CONTROLS (DEPARTMENT와 PROJECT간의 관계) WORKS_ON (EMPLOYEE와 PROJECT간의 관계) SUPERVISION (EMPLOYEE (부하 역할)와 EMPLOYEE (감독자 역할)간의 관계) DEPENDENTS_OF (EMPLOYEE와 DEPENDENT간의 관계)

ER 다이어그램 – 관계 타입들: WORKS_FOR, MANAGES, WORKS_ON, CONTROLS, SUPERVISION, DEPENDENTS_OF

관계 타입에 대한 논의 초기 엔터티 타입의 일부 애트리뷰트들은 개선된 설계에서 관계로 개선됨: DEPARTMENT의 Manager -> MANAGES EMPLOYEE의 Works_on -> WORKS_ON EMPLOYEE의 Department -> WORKS_FOR 등등 일반적으로 동일한 참여 엔티티 타입들 간에 둘 이상의 관계 타입이 존재할 수 있음 MANAGES와 WORKS_FOR은 EMPLOYEE와 DEPARTMENT 사이에 서로 다른 관계 타입들이다. 서로 다른 의미와 서로 다른 관계 인스턴스들을 가짐

관계에 대한 제약조건 관계 타입들에 대한 제약조건들 (비율 제약조건이라고도 함) 카디널리티 비율 (Cardinality Ratio) (최대 참여 수를 나타냄) One-to-one (1:1) One-to-many (1:N) 또는 Many-to-one (N:1) Many-to-many (M:N) 존재 의존성 제약조건 (최소 참여 수를 나타냄) (참여 제약조건이라고도 함) 영(zero) (선택적 참여, 존재-종속적이지 않음) 하나 이상 (필수적 참여, 존재-종속적임)

Many-to-one (N:1) 관계

Many-to-many (M:N) 관계

재귀 관계 타입 동일한 엔터티 타입이 서로 다른 역할로 참여하는 관계 타입 자체-참조 관계 유형이라고도 함. 동일한 엔터티 타입이 서로 다른 역할로 참여하는 관계 타입 자체-참조 관계 유형이라고도 함. 예: SUPERVISION 관계 EMPLOYEE가 서로 다른 역할로 두번 참여함: 감독자 (또는 상관/보스) 역할 피감독자 (또는 부하) 역할 각 관계 인스턴스는 서로 다른 EMPLOYEE 엔터티들과 관련함: 감독자 역할을 하는 한 사원(employee) 피 감독자 역할을 하는 또 다른 사원(employee)

재귀 관계 표시 재귀 관계 타입에서 두 참여자는 서로 다른 역할을 하는 동일한 엔터티 타입이다. 예를 들어, EMPLOYEE (감독자 또는 상사 역할)와 (또 다른) EMPLOYEE (부하 또는 작업자 역할) 간의 SUPERVISION 관계. 다음 그림에서 첫 번째 역할 참여는 1로 표시되고 두 번째 역할 참여는 2로 표시됨. ER 다이어그램에서 참여를 구별하기 위해 역할 이름을 표시해야 함.

재귀 관계의 SUPERVISION`

재귀 관계 타입: SUPERVISION (참여 역할 이름들이 표시됨)

약한 엔터티 타입 키 애트리뷰트가 없고 다른 엔티티 타입의 식별에 의존하는 엔티티. 약한 엔티티는 소유자 또는 식별 엔티티 타입과의 식별 관계 타입에 참여해야 함: 약한 엔터티 타입의 부분 키(partial key) 식별 관계 타입에서 관련된 특정 엔티티 예제: DEPENDENT 엔터티는 부양 가족의 이름과, 그 부양 가족과 관련된 특정 사원(EMPLOYEE) 엔터티에 의해 식별됩니다. DEPENDENT의 이름(Name)은 부분 키임 DEPENDENT는 약한 엔터티 타입임 EMPLOYEE는 식별 관계 타입 DEPENDENT_OF를 통한 식별 엔터티 타입임

관계 타입의 애트리뷰트 관계 타입은 애트리뷰트를 가질 수 있음: 예: WORKS_ON의 HoursPerWeek 각 관계 인스턴스의 값은 EMPLOYEE가 PROJECT에서 작업하는 주당 시간 수를 나타냅니다. HoursPerWeek 값은 특정 (사원, 프로젝트) 조합에 따라 다릅니다. 대부분의 관계 애트리뷰트는 M : N 관계와 함께 사용됩니다 1 : N 관계에서는 관계의 N 측에 있는 엔티티 타입으로 옮길 수 있습니다

관계 타입의 예제 애트리뷰트: WORKS_ON의 Hours

관계에 대한 제약조건의 표기 (이진 관계의) 카디널리티 비율: 1:1, 1:N, N:1, 또는 M:N 관계 간선(edge)에 적절한 숫자를 표시함. (각 참여 엔티티 타입에 대한) 참여 제약 조건: 전체 (존재 종속성이라고 함) 또는 부분. 전체 참여는 두줄 선, 부분 참여는 한줄 선으로 표시. 주의: 이진 관계 타입에 대해 쉽게 지정할 수 있음.

Alternative (min, max) notation for relationship structural constraints: Specified on each participation of an entity type E in a relationship type R Specifies that each entity e in E participates in at least min and at most max relationship instances in R Default(no constraint): min=0, max=n (signifying no limit) Must have minmax, min0, max 1 Derived from the knowledge of mini-world constraints Examples: A department has exactly one manager and an employee can manage at most one department. Specify (0,1) for participation of EMPLOYEE in MANAGES Specify (1,1) for participation of DEPARTMENT in MANAGES An employee can work for exactly one department but a department can have any number of employees. Specify (1,1) for participation of EMPLOYEE in WORKS_FOR Specify (0,n) for participation of DEPARTMENT in WORKS_FOR

The (min,max) notation for relationship constraints Read the min,max numbers next to the entity type and looking away from the entity type

COMPANY ER Schema Diagram using (min, max) notation

Alternative diagrammatic notation ER diagrams is one popular example for displaying database schemas Many other notations exist in the literature and in various database design and modeling tools Appendix A illustrates some of the alternative notations that have been used UML class diagrams is representative of another way of displaying ER concepts that is used in several commercial design tools

ER 다이어그램을 위한 표기법 요약

UML class diagrams Represent classes (similar to entity types) as large rounded boxes with three sections: Top section includes entity type (class) name Second section includes attributes Third section includes class operations (operations are not in basic ER model) Relationships (called associations) represented as lines connecting the classes Other UML terminology also differs from ER terminology Used in database design and object-oriented software design UML has many other types of diagrams for software design

UML class diagram for COMPANY database schema

Other alternative diagrammatic notations

상위 차수의 관계 차수가 2인 관계 타입을 이진 관계 타입이라고 함 차수가 3인 관계 타입을 3차(ternary), 차수가 n은 n-차(n-ary) 관계 타입이라고 함 일반적으로, n-ary 관계는 n 이진 관계와 동일하지 않음 이진 관계보다 상위 관계 (n> 2)에 대한 제약 조건을 지정하기가 더 어려움

n-차 (n > 2) 관계에 대한 토의 일반적으로 3 개의 이진 관계는 단일 3차 관계와 다른 정보를 나타낼 수 있음 (다음 슬라이드의 그림 3.17a 및 b 참조). 필요한 경우 이진 관계와 n차 관계를 모두 스키마 설계에 포함할 수 있음 (모든 관계가 다른 의미를 전달하는 그림 3.17a 및 b 참조) 데이터 모델이 하나의 약한 엔티티 타입에 여러 식별 관계 (따라서 다중 소유자 엔티티 타입)를 갖도록 허용할 경우, 3차 관계는 약한 엔티티로 표시 될 수 있음 (그림 3.17c 참조).

3차 관계의 예제

n-차 (n > 2) 관계에 대한 토의 특정 이진 관계가 항상 상위 차수의 관계에서 파생 될 수 있으면. 이 이진 관계는 중복됨 예를 들어, 그림 3.18의 TAUGHT_DURING 이진 관계 (다음 슬라이드 참조)는 3차 관계 OFFERS (관계의 의미에 따라)에서 파생 될 수 있음

3차 관계의 또 다른 예제

Displaying constraints on higher-degree relationships The (min, max) constraints can be displayed on the edges – however, they do not fully describe the constraints Displaying a 1, M, or N indicates additional constraints An M or N indicates no constraint A 1 indicates that an entity can participate in at most one relationship instance that has a particular combination of the other participating entities In general, both (min, max) and 1, M, or N are needed to describe fully the constraints Overall, the constraint specification is difficult and possibly ambiguous when we consider relationships of a degree higher than two.

또 다른 예제: UNIVERSITY 데이터베이스 수강 신청 및 학생 성적을 관리하기 위한 다른 데이터베이스를 설계함 이 데이터베이스는 대학, 각 대학 내 부서, 부서가 제공하는 과목 및 과목의 강좌, 강좌를 가츠치는 강사 등을 저장함 이러한 엔티티 타입들과 이들 간의 관계는 다음 슬라이드의 그림 3.20에 표시됨

UNIVERSITY 데이터베이스 개념적 스키마 ©2016 Ramez Elmasri and Shamkant B. Navathe

Chapter Summary ER Model Concepts: Entities, attributes, relationships Constraints in the ER model Using ER in step-by-step mode conceptual schema design for the COMPANY database ER Diagrams - Notation Alternative Notations – UML class diagrams, others Binary Relationship types and those of higher degree.

Data Modeling Tools (Additional Material ) A number of popular tools that cover conceptual modeling and mapping into relational schema design. Examples: ERWin, S- Designer (Enterprise Application Suite), ER- Studio, etc. POSITIVES: Serves as documentation of application requirements, easy user interface - mostly graphics editor support NEGATIVES: Most tools lack a proper distinct notation for relationships with relationship attributes Mostly represent a relational design in a diagrammatic form rather than a conceptual ER-based design

Some of the Automated Database Design Tools (Note: Not all may be on the market now) COMPANY TOOL FUNCTIONALITY Embarcadero Technologies ER Studio Database Modeling in ER and IDEF1X DB Artisan Database administration, space and security management Oracle Developer 2000/Designer 2000 Database modeling, application development Popkin Software System Architect 2001 Data modeling, object modeling, process modeling, structured analysis/design Platinum (Computer Associates) Enterprise Modeling Suite: Erwin, BPWin, Paradigm Plus Data, process, and business component modeling Persistence Inc. Pwertier Mapping from O-O to relational model Rational (IBM) Rational Rose UML Modeling & application generation in C++/JAVA Resolution Ltd. Xcase Conceptual modeling up to code maintenance Sybase Enterprise Application Suite Data modeling, business logic modeling Visio Visio Enterprise Data modeling, design/reengineering Visual Basic/C++

Extended Entity-Relationship (EER) Model (in the next chapter) The entity relationship model in its original form did not support the specialization and generalization abstractions Next chapter illustrates how the ER model can be extended with Type-subtype and set-subset relationships Specialization/Generalization Hierarchies Notation to display them in EER diagrams