Entity-Relationship-Modell (ERM)

Das Entity-Relationship-Modell (ERM) ist ein Werkzeug für den konzeptionellen Datenbankentwurf. Es dient dazu, einen Ausschnitt der realen Welt abstrakt und fachlich korrekt darzustellen, ohne die technische Implementierung in einem spezifischen Datenbankmanagementsystem (DBMS) zu berücksichtigen. Die grafische Darstellung in einem Entity-Relationship-Diagramm (ERD) macht komplexe Zusammenhänge zwischen Datenobjekten für Entwickler und Fachabteilungen verständlich.

Lernziele

• Grundelemente (Entität, Attribut, Beziehung) eines ERM identifizieren.
• Kardinalitäten (1:1, 1:n, n:m) fachlich korrekt interpretieren und festlegen.
• Zweck von Primär- und Fremdschlüsseln erklären.
• Konzeptionelles ERM in ein logisches Relationenmodell transformieren.

Bausteine des Modells

Das ERM nutzt standardisierte Symbole, um die Struktur der Daten zu beschreiben.

Entität und Entitätstyp

Eine Entität ist ein eindeutig identifizierbares Objekt der Realität, beispielsweise ein bestimmter Mitarbeiter oder ein konkretes Produkt. Gleichartige Entitäten werden zu einem Entitätstyp zusammengefasst (z. B. „Mitarbeiter“). In Diagrammen werden Entitätstypen als Rechtecke dargestellt.

Attribut und Primärschlüssel

Attribute beschreiben die Eigenschaften eines Entitätstyps (z. B. Name, Geburtsdatum, Preis). Um eine Entität innerhalb ihres Typs eindeutig zu identifizieren, wird mindestens ein Attribut als Primärschlüssel (Primary Key, PK) definiert. Ein Primärschlüssel muss eindeutig sein und darf keinen leeren Wert enthalten (Not Null).

erDiagram
    MITARBEITER {
        int mitarbeiter_id PK
        string name
        string vorname
    }

Beziehung

Eine Beziehung verknüpft zwei oder mehr Entitätstypen und beschreibt deren fachlichen Zusammenhang (z. B. „Mitarbeiter arbeitet in Abteilung“). In der Chen-Notation werden Beziehungen als Rauten dargestellt, in der Krähenfuß-Notation als Linien mit spezifischen Endsymbolen.

Kardinalitäten

Kardinalitäten legen fest, wie viele Instanzen einer Entität mit Instanzen einer anderen Entität in Beziehung stehen können. Sie bilden die Grundlage für die spätere Tabellenstruktur.

Typ	Beschreibung	Beispiel
1:1	Jede Entität der einen Seite ist mit genau einer der anderen Seite verknüpft.	Person besitzt einen Reisepass.
1:n	Eine Entität der 1-Seite kann mit beliebig vielen der n-Seite verknüpft sein.	Eine Abteilung hat viele Mitarbeiter.
n:m	Mehrere Entitäten beider Seiten können miteinander verknüpft sein.	Studenten besuchen viele Kurse.

Grafische Darstellung

In modernen Werkzeugen dominiert die Krähenfuß-Notation. Sie zeigt die Kardinalitäten direkt an den Verbindungslinien.

erDiagram
    KUNDE ||--o{ AUFTRAG : "erteilt"
    AUFTRAG ||--|{ POSITION : "enthält"
    PRODUKT ||--o{ POSITION : "ist Teil von"

Transformation zum Relationenmodell

Für die technische Umsetzung wird das ERM in ein logisches Relationenmodell überführt. Dabei gelten folgende Regeln für die Platzierung von Schlüsseln:

1. 1:n-Beziehung: Der Primärschlüssel der „1-Seite“ wird als Fremdschlüssel (Foreign Key, FK) in die Tabelle der „n-Seite“ aufgenommen.
2. n:m-Beziehung: Diese wird über eine zusätzliche Zwischentabelle (Verknüpfungstabelle) aufgelöst. Die Tabelle enthält die Primärschlüssel beider beteiligten Entitätstypen als Fremdschlüssel.
3. 1:1-Beziehung: Der Fremdschlüssel wird in einer der beiden Tabellen platziert. Meist wird die Seite gewählt, die logisch vom anderen Objekt abhängt.

Merke: Eine n:m-Beziehung kann in einem relationalen Datenbanksystem niemals direkt zwischen zwei Tabellen abgebildet werden. Es ist immer eine Hilfstabelle erforderlich.

Praxisbeispiel: Onlineshop

In einem Onlineshop bestellen Kunden Produkte:

• Kunde zu Bestellung (1:n): Ein Kunde tätigt mehrere Bestellungen. Die Kunden_ID wird als Fremdschlüssel in der Tabelle Bestellung gespeichert.
• Bestellung zu Produkt (n:m): Eine Bestellung enthält mehrere Produkte; ein Produkt kann in vielen Bestellungen vorkommen.
• Umsetzung: Die Tabelle Bestellposition dient als Zwischentabelle und verknüpft Bestell_ID mit Produkt_ID.

Wichtige Entwurfsregeln

• Redundanz vermeiden: Informationen werden nur einmal gespeichert, um die Datenqualität zu sichern und Inkonsistenzen zu verhindern.
• Stabile Primärschlüssel: Natürliche Schlüssel (wie Namen) sind oft ungeeignet. Künstliche Schlüssel (IDs) sind vorzuziehen, da sie sich nicht ändern.
• Fachliche Abstraktion: Im ERM werden keine technischen Details wie Datentypen oder SQL-Syntax definiert. Der Fokus liegt rein auf der logischen Struktur.

Selbsttest

1. Warum erfordern n:m-Beziehungen eine eigene Tabelle?
2. Auf welcher Seite wird der Fremdschlüssel bei einer 1:n-Beziehung eingetragen?
3. Worin besteht der Unterschied zwischen einer Entität und einem Entitätstyp?
4. Welche Bedingungen muss ein Primärschlüssel zwingend erfüllen?