Database Design Using the E-R Model

디자인 프로세스

• 데이터베이스 사용자가 필요한 데이터의 특징을 모두 나열하기
• 선택한 데이터 모델의 컨셉을 적용하기
• ER 모델을 통해 데이터베이스의 컨셉 스키마로 옮기기
• 추상적 데이터 모델을 통해 실제 데이터베이스 구현하기: (1). 논리적 디자인 (2). 물리적 디자인

디자인 프로세스 이슈

• 불완전한 데이터베이스 모델링: 불가능한 데이터를 다루게 될 위험
• 중복 데이터: 불필요한 중복 어트리뷰트 및 데이터 표현을 줄여야 함

디자인 접근 방법

• 엔티티 릴레이션십 모델: 엔티티와 릴레이션십으로 구성된 모델. 모델은 어트리뷰트 집합으로 구성, 릴레이션십은 모델 간의 관계. 다이어그램을 통해 표현
• 정규화 이론

엔티티-릴레이션십 모델

• ER 모델: 데이터베이스의 전반적인 논리적 모델을 표현하는 엔터프라이즈 스키마

엔티티 셋

• 엔티티(entity): 다른 객체와 구별 가능한 객체. 어트리뷰트의 집합으로 표현
• 프라이머리 키: 엔티티를 이루는 특정 어트리뷰트의 부분 집합. 프라이머리 키를 통해 해당 엔티티 데이터 중 하나를 특징할 수 있음
• 엔티티 셋(entity set): 같은 프로퍼티를 공유하는 같은 타입의 엔티티 집합

엔티티 셋 다이어그램

• 사각형: 엔티티 셋
• 어트리뷰트: 엔티티 사각형 안의 글씨
• 밑줄: 어트리뷰트 중 하나로 해당 엔티티의 프라이머리 키

릴레이션십 셋

• 릴레이션십(relationship): 여러 개의 엔티티들 가운데 관계
• 릴레이션십 셋(relationship set): 각 엔티티 셋에서 취해진 두 개 이상의 엔티티 간의 수학적 릴레이션

릴레이션십 셋 다이어그램

• 릴레이션이 존재하는 엔티티 간에 선을 그어서 표현
• E.g.) 특정 강사는 특정 학생의 advisor가 될 수 있다.

  위 실제 데이터가 들어 있는 릴레이션말고 보다 추상적으로 표현할 수 있다!

• 마름모를 통해 엔티티 간의 릴레이션십이 존재함을 알려줄 수 있다.

  릴레이션십 셋 자체에도 어트리뷰트가 있을 수 있을까? advisor에 해당하는 관련 어트리뷰트는 어디에 표현해야 할까?

• 마름모 꼴 릴레이션십 셋에 직접 점선으로 이어서 표시하면 된다.

Role

• 특정 엔티티가 특정 릴레이션 셋에서 수행하는 역할을 표시

릴레이션십 셋의 종류

• 바이너리 릴레이션십
• 세 개 이상의 엔티티 셋 간의 릴레이션십, 논-바이너리 릴레이션십

어트리뷰트

• simple: 더 이상 나누어지지 않는 어트리뷰트. composite와 대척점에 있다.
• composite: 특정 어트리뷰트가 다른 어트리뷰트 집합을 하위 집합으로 둘 수 있다(name 어트리뷰트는 first_name, last_name 등을 하위 집합으로 가질 수 있다).
• Single-valued: 특정 튜플이 해당 어트리뷰트 값을 한 개만 가질 수 있다(사람의 나이는 A살이지, A살이면서 동시에 B살일 수 없다).
• mutlvalued: 동시에 여러 개의 값을 가질 수 있는 어트리뷰트(사람의 취미는 A, B 모두 가능하다).
• derived: 특정 어트리뷰트 값이 다른 어트리뷰트로부터 도출될 수 있을 때

카디널리티 매핑

• 카디널리티 제약 조건: (1). 일(→) (2). 다(⎯)
• 릴레이션 십 및 엔티티 셋 간의 관계 표현 가능

One-to-One

• 강사 한 명은 학생 한 명만, 학생 한 명은 강사 한 명만 연결 가능

One-to-Many

• 강사 한 명이 여러 명의 학생을, 학생 한 명은 강사 한 명까지 연결 가능

Many-to-Many

• 강사 한 명이 여러 명의 학생을, 학생 한 명이 강사 여러 명까지 연결 가능

위 모든 경우에서 여러 명, 한 명은 0명까지 포함한다는 데 주의하자!

Total and Partial Participation

• 릴레이션 십 매핑이 모든 데이터 단에서 된 경우를 판단한다.

Total Participation

• 더블 라인으로 표현

  강사와 학생 간의 릴레이션에서 학생은 더블 라인으로 표현되어 있다. 학생 카디널리티가 1이고 더블 라인-total이므로 모든 학생은 무조건적으로 한 명의 강사와 매핑되어야 하는 게 표현되어 있다.

Partial Participation

• 일부 엔티티가 매핑되어 있지 않을 수 있다. 위 ER 다이어그램에서 특정 강사는 최대 한 명의 학생과 매핑되는데, 0명, 즉 매핑되지 않을 수도 있다는 게 일반 라인 한 줄로 표현되어 있다.

Complext Constraints

• total, partial 등을 통해 전체 매핑 여부를 판단할 수 있지만 보다 복잡한 경우의 수에 대해서는 실제로 수를 통해 표시한다.
  
• 최솟값과 최댓값을 ... 키워드 끝에 표시해서 해당 릴레이션십에서 특정 엔티티가 가지는 카디널리티를 표현
• E.g.) 강사 한 명 다 학생 0명에서 모든 학생까지 매핑 가능. 학생 한 명 당 강사 1명에서 강사 1명까지, 즉 무조건적으로 1명씩 매핑해야 한다는 게 표현되어 있다. 이를 위의 ER 다이어그램을 통해 표현한다면 강사와 학생은 다 대 일 매핑으로, 학생의 경우는 total, 강사의 경우는 partial로 표현 가능하다.

프라이머리 키

• 엔티티와 릴레이션이 구분되는 방법을 구체적으로 보여주는 프라이머리 키

엔티티 셋 수퍼키

• 각 엔티티는 구별되어 있는 distinct.
• 어트리뷰트를 통해 각 엔티티 셋 간의 차이가 드러나야 함
• 엔티티 셋의 각 엔티티는 자신이 가지고 있는 어트리뷰트 값이 유니크해야 함
• 엔티티 수퍼키: 어트리뷰트 값을 통해 다른 엔티티와 구별 가능한 어트리뷰트 집합

릴레이션십 셋 수퍼키

• 특정 릴레이션십 셋을 다른 릴레이션십 셋과 구별하는 수퍼키
• 릴레이션십 셋을 구성하는 엔티티 셋의 프라이머리 키 합집합을 포함하는 해당 릴레이션십 셋의 수퍼키

바이너리 릴레이션십의 프라이머리 키

• 다대다: 가장 미니멀한 수퍼키
• 일대다: 다 측면에 있는 수퍼키
• 일대일: 두 엔티티 셋의 수퍼키 중 하나

약한 엔티티 셋

• Weak Entity Sets
• 특정 어트리뷰트가 다른 엔티티에 의존적일 때 불필요한 데이터 중복 발생 → 중복 발생하는 어트리뷰트를 해당 엔티티에서 삭제할 수 없는 상황
• 다른 엔티티(identifying entity) 자체에 의존적인 어트리뷰트 값만을 할당한 새로운 종류의 엔티티 생성 → 중복 어트리뷰트를 단일화
• 약한 엔티티 셋은 프라이머리 키보다 discriminator를 통해 유니크하게 표시

  약한 엔티티 셋이 아닌 모든 엔티티 셋은 강한 엔티티 셋(strong entity set)이다!

약한 엔티티 셋의 다이어그램

• 테두리가 더블 라인인 사각형을 통해 약한 엔티티 셋 표시
• 대시 라인을 통해 약한 엔티티 셋의 discriminator 표시
• 약한 엔티티 셋과 식별 엔티티 셋 간의 릴레이션십 셋은 테두리가 더블 라인인 마름모로 표시

  section 엔티티의 프라이머리 키는 sec_id, semester, year과 함께 sec_course라는 어트리뷰트까지 포함한 총 네 개로 구성되어 있다! 약한 엔티티 셋으로 판명된 sec_course는 이 엔티티를 다이어그램으로 그릴 때에만 빠트린 채 그린 것에 불과하다!

중복 어트리뷰트

• ER 다이어그램을 그릴 때 릴레이션십 셋에 속하는 엔티티 간 중복 어트리뷰트가 존재한다면 제거되엉 함
• 실제 SQL 쿼리문의 테이블로 전환할 때에는 이때 제거된 어트리뷰트가 다시 들어가야 함

릴레이션 스키마 표현

• ER 다이어그램으로 표현된 데이터베이스를 스키마 형태로 표현
• 엔티티 셋, 릴레이션십 셋 모두 각각 릴레이션 스키마로 표현

엔티티 셋 표현

• 강한 엔티티 셋: 다이어그램의 어트리뷰트와 상동
• 약한 엔티티 셋: 다이어그램에 표시된 어트리뷰트 + 강한 엔티티 셋을 식별하는 프라이머리 키

Composite 어트리뷰트를 가진 엔티티 셋

• composite: 특정 어트리뷰트의 하위 어트리뷰트가 존재할 때 → 여러 개의 단일 어트리뷰트로 표현

Multivalued 어트리뷰트를 가진 엔티티 셋

• multivalued: 특정 어트리뷰트에 대한 값이 여러 개일 수 있을 때 → 해당 값만큼 튜플 중복 생성, multivalued 값의 개수만큼 중복 삽입

릴레이션십 셋 표현

• 다대다: 두 엔티티 셋의 프라이머리 키에 대한 어트리뷰트
• 일대다: 다 측면의 프라이머리 키
• 일대일: 둘 중 하나의 프라이머리 키

릴레이션십 셋의 스키마 중복 이슈

• 일 대 다 관계에서 다가 total이라면 다 엔티티 셋에 일 엔티티 셋의 프라이머리 키를 추가하는 것으로 별도의 스키마를 만드는 것을 방지할 수 있음
  
• E.g.) instructor 릴레이션은 department 릴레이션과 일 대 다 관계로 total으로 표현되어 있다. inst_dept라는 릴레이션 십 셋을 별도로 스키마화하는 것보다, department (일 측면)의 프라이머리 키 dept_name을 해당 instructor 릴레이션의 어트리뷰트로 추가하는 것으로 스키마 중복을 피할 수 있다.
  
• 약한 엔티티 셋과 참조 엔티티 셋 간의 릴레이션십 셋을 별도로 스키마로 옮기는 것은 불필요한 스키마 중복 이슈.

Specialization

• Top-Down: 엔티티 셋의 하위 그룹을 통해 표현
• 어트리뷰트 상속: 동일한 어트리뷰트를 가지는 부모/자식 엔티티 존재
  
• Overlapping: person은 employee, student 모두 가능
• Disjoint: employee는 instructor와 secretary 중 하나여야 함(서로소)

Specialization의 스키마 표현

1. 가장 높은 레벨의 엔티티 생성, 낮은 레벨의 엔티티를 만들며 내려오기

   person부터 생성, employee와 student를 만든다. 이때 employee 등은 ID라는 프라이머리 키와 별개의 로컬 어트리뷰트인 salary나 tot_credits만 만든다.

• employee 릴레이션 값을 조회하기 위해서는 해당 릴레이션이 상속하고 있는 person의 릴레이션 어트리뷰트까지 모두 알아야 함

2. 각 릴레이션 별로 모든 어트리뷰트를 포함하기

• 어트리뷰트 중복이 빈번히 발생하는 단점이 있다.

Generalization

• Specialization 기법과는 달리 바텀-업 디자인 프로세스로 여러 개의 엔티티 셋을 묶어 더 높은 레벨의 엔티티 셋을 만듦

Completeness 제약 조건

• 높은 레벨의 엔티티 셋의 엔티티가 generalization을 하는 낮은 레벨의 엔티티 셋 중 하나에 속해 있는지 확인하는 제약 조건
• total: 엔티티가 낮은 레벨 엔티티 셋에 속해야 함
• partial: 디폴트 상태. 엔티티가 낮은 레벨 엔티티 셋에 속할 필요 없음.