¿Qué es un diagrama de relación entre entidades?

Dentro del modelo relacional de diseño de bases de datos, los ERDs establecen cómo se conectan las entradas en una base de datos. Los ERDs son un modelo de datos conceptual de alto nivel que sienta las bases para un diseño y análisis de bases de datos más avanzados.

Además, el modelado de relaciones entre entidades puede ayudar a destilar narrativas e insights de una colección aparentemente dispar de puntos de datos.

Los analistas de negocios y los ingenieros de bases de datos emplean diagramas ER como herramientas de modelado de datos para evaluar el alcance de las bases de datos que necesitan sus organizaciones, y luego planear cómo se almacenarán los datos. 

Los ERDs informan la parte de ingeniería de software de un proyecto de base de datos al establecer los requisitos para la arquitectura de los sistemas de información y la estructura de la base de datos. En el enfoque de tres esquemas para la ingeniería de software para sistemas de gestión de bases de datos (DBMS), el ERD es el nivel conceptual. 

La integración de datos es un complejo proceso de ingeniería de datos que consta de muchas partes móviles. Un ERD puede ayudar a los ingenieros de datos a conceptualizar el sistema global y reducir la posibilidad de errores.

Comparar las bases de datos existentes con un ERD puede revelar errores en el diseño de la base de datos que podrían estar causando problemas. Las bases de datos complejas con numerosas tablas requieren un amplio conocimiento de SQL para el proceso de depuración. Un ERD resume la base de datos para que los ingenieros puedan identificar rápidamente posibles errores.

Al emprender proyectos de reingeniería de procesos empresariales, puede ser útil obtener una vista panorámica de todos los datos dentro de los sistemas de información de una organización. Los ERDs se emplean para redactar soluciones de arquitectura de datos más nuevas y eficientes que facilitan las otras etapas del proceso de BPR.

Los diagramas de relación entre entidades, los esquemas de bases de datos y los diagramas de flujo de datos representan visualmente la forma en que se organizan los datos en un sistema.

• Los diagramas de relación entre entidades ilustran las entidades dentro de una base de datos y sus relaciones entre sí. Los diagramas ER a menudo representan esquemas de bases de datos.

• Los esquemas de bases de datos establecen cómo se modelarán las entidades del mundo real en una base de datos relacional. Contienen las reglas y pautas que determinan la organización de la base de datos, tales como los nombres de las tablas, los campos y los tipos de datos.

• Los diagramas de flujo de datos son un tipo de diagrama de flujo que representa el flujo de datos a través de un proceso o sistema. Muestran cómo los datos se mueven desde el proceso a las ubicaciones de almacenamiento internas y externas.

Los diagramas de relación entre entidades incluyen entidades, los atributos de esas entidades y las relaciones entre ellas. Algunos ERDs también transmiten cardinalidad, que cuantifica la relación entre dos entidades.

Una entidad ERD es algo definible, como una persona, rol, evento, concepto u objeto, que puede tener información sobre sí mismo almacenada en una base de datos relacional. Muchos estilos de diagramas de relación entre entidades representan a las entidades como rectángulos.

• Personas o roles: Estudiantes, vendedores, ejecutivos o clientes.
• Eventos: Transacciones, suscripciones o cancelaciones de suscripciones.
• Conceptos: Perfiles o personas.
• Objetos: Productos, facturas o correos electrónicos.

Las entidades son similares a los sustantivos en un sentido gramatical. Son elementos centrales en la base de datos, con atributos y relaciones que transmiten información sobre estas entidades, del mismo modo que los adjetivos y los verbos proporcionan más información sobre los sustantivos en una oración.

Los tipos de entidad son una categoría de entidades. Si las entidades son similares a los sustantivos, entonces los tipos de entidades son categorías de sustantivos: alimentos, deportes y países. Las entidades individuales dentro de un tipo de entidad se conocen como instancias. Dentro del tipo de entidad, las verduras podrían ser las instancias brócoli, zanahoria y espárragos.

Las entidades se clasifican como fuertes o débiles. Las entidades fuertes contienen suficiente información de identificación en sus atributos para no necesitar aclaraciones adicionales. Mientras tanto, las entidades débiles existen solo como resultado o consecuencia de otra entidad. La entidad fuerte asociada con una entidad débil determinada se conoce como su entidad matriz o propietaria.

Considere una base de datos que modela el pedido de un cliente en un negocio de comercio electrónico. Cada pedido es una entidad estable porque se puede definir como una instancia única en función del comprador, la hora y la fecha. Sin embargo, los artículos de línea dentro de cada pedido son entidades débiles. Solo tienen significado dentro del contexto de sus pedidos respectivos. Esta dependencia se conoce como dependencia de existencia o restricción de participación.

Las entidades fuertes se muestran como rectángulos sólidos, mientras que las ERDs representan las entidades débiles como un rectángulo doble.

Una entidad asociativa vincula las instancias entre dos conjuntos de entidades y tiene sus propios atributos que proporcionan más información sobre esa relación. En un ERD empleado por una universidad, la entidad establece que alumnos y profesores tengan muchas conexiones entre sí. La entidad asociativa que une a ambos mostraría qué estudiantes están tomando cursos impartidos por qué profesores.

Las bases de datos relacionales emplean entidades asociativas para informar las tablas de unión, que combinan campos de varias otras tablas de bases de datos. En los diagramas de ER, las entidades asociativas se representan como un rombo dentro de un rectángulo.

Los atributos son cualidades, propiedades y características que definen una entidad o tipo de entidad. En un diseño tradicional de ERD, los atributos se muestran como óvalos y se muestran junto a la entidad correspondiente en un ERD.

• Los atributos simples no se pueden simplificar ni dividir en más atributos. Un código postal es un ejemplo de un atributo simple.

• Los atributos compuestos se compilan a partir de otros atributos, que pueden o no ser simples. Una dirección es un atributo compuesto que contiene un número de calle, nombre de la calle, código postal, ciudad y otra información de identificación.

• Los atributos derivados se calculan en función de otros atributos. El valor del cheque de pago de un empleado se deriva de sus horas trabajadas, la duración del período de pago y su salario. Los ERDs representan atributos derivados como óvalos punteados.

• Los atributos multivalor pueden tener más de un valor por registro, mientras que un atributo de valor único no puede.

Las claves de entidad son los atributos que definen de forma única cada entidad en un conjunto de datos. Cualquier atributo puede designarse como una clave, siempre que cumpla este rol. Por ejemplo, en un conjunto de entidades de personas, un atributo clave apropiado podría ser un número de identificación nacional. Por el contrario, los apellidos no funcionarían como atributo clave en este contexto, ya que más de una persona puede compartir el mismo apellido.

• Súper clave: Uno o más atributos que pueden definir de manera única una entidad dentro de un conjunto de entidades.

• Clave candidata: la superclave más simple posible—ningún atributo dentro de una clave candidata puede ser una superclave en sí misma. Las claves candidatas podrían constar de uno o más atributos si cada atributo no es una superclave.

• Clave principal: La clave candidata se elige para definir de forma única un conjunto de entidades. Dado que la clave principal es lo que distingue a cada entidad, no hay dos entradas en una base de datos que compartan el mismo valor de clave principal. En un diagrama ER, la clave principal de cada entidad estará subrayada. Cualquier entidad que contenga una clave principal se considera una entidad fuerte. 

• Clave externa: Un atributo que identifica la relación de una entidad con otra. Las entidades débiles dependen de claves externas para definirlas como entidades fuertes. Por ejemplo, la cuenta bancaria de la entidad débil necesitaría una clave externa que la vincule con el banco relevante.

Las relaciones son las líneas conectadas que unen las entidades en un ERD. Indican cómo las entidades dentro de un ERD se asocian entre sí. Si las entidades son sustantivos, y los atributos son adjetivos, entonces las relaciones son verbos.

En un ERD tradicional, las relaciones se representan como diamantes. Las relaciones débiles unen a una entidad débil con su propietario y se muestran como diamantes dobles.

La participación de la entidad en una relación puede ser total, en cuyo caso la totalidad del conjunto de entidades está involucrada en la relación, o parcial. En la participación parcial, algunas o todas las entidades dentro del conjunto pueden estar involucradas en la relación en cualquier momento específico.

La cardinalidad es la calidad de una relación que define el número de instancias en una entidad que se relacionan con las instancias de otra.

• Las relaciones uno a uno (1:1) indican que un registro dentro de una entidad solo puede ser referenciado por un registro en la otra entidad. La relación entre las universidades de las entidades y los presidentes es una relación uno a uno porque cada universidad tiene un solo presidente. Por el contrario, cada presidente es responsable de exactamente una universidad.

• Las relaciones uno a muchos (1:M) representan situaciones en las que cada registro dentro de una entidad se relaciona con múltiples registros en otra entidad. Existe una relación de uno a muchos entre las universidades y los departamentos de las entidades. Una universidad podría tener múltiples departamentos, pero cada departamento forma parte de una sola universidad.

• Las relaciones de muchos a muchos (M:M) muestran que se pueden conectar uno o más registros dentro de ambas entidades. Los estudiantes y profesores de las entidades tienen una relación de muchos a muchos porque así como un profesor enseña en una clase con muchos estudiantes, cada estudiante también puede inscribirse en clases con otros profesores.

Los ERDs representan la cardinalidad a través de variaciones en las líneas de conexión entre entidades. La forma en que se muestra la cardinalidad depende del estilo de ERD empleado.

La mayoría de los ERDs se redactan en uno de los tres modelos de entidad-relación: conceptual, lógico y físico. Los tres representan entidades junto con sus atributos y relaciones, pero sus casos de uso y audiencias previstas difieren. El conceptual es el menos detallado, mientras que los ERDs físicos ofrecen la información más granular.

• Los modelos conceptuales de ER ofrecen una visión de alto nivel de los datos dentro del ERD. Los analistas de negocios los emplean para proyectos de diseño de bases de datos a gran escala, tales como almacenes de datos. Los modelos de datos conceptuales suelen contener entidades y relaciones, sin profundizar en las tablas de bases de datos ni en la cardinalidad.

• Los modelos de ER lógicos son similares a los modelos conceptuales, pero con un poco más de detalle. En un modelo de datos lógicos, se definen las columnas o atributos dentro de cada entidad, así como las entidades operativas y transaccionales. Los analistas de negocios emplean modelos de datos lógicos para proyectos de diseño de bases de datos de menor escala.

• Los modelos físicos de ER son los proyectos técnicos concretos para los proyectos de diseño de bases de datos. Incluyen la máxima cantidad de detalles, tales como cardinalidad y claves primarias y externas. Los diseñadores e ingenieros de bases de datos crean modelos de datos físicos a partir de los modelos conceptuales y lógicos que les dan los analistas de negocios.

Desde que el científico informático y teórico de bases de datos Peter Chen introdujo los ERDs en la década de 1970, han surgido múltiples tipos de diagramas para llenar una gama cada vez mayor de casos de uso.

Los ERDs de Chen se parecen a los diagramas de flujo tradicionales, con varias formas conectadas por líneas. La cardinalidad se muestra con los caracteres 1, M y N a lo largo de las líneas de conexión. Tanto M como N representan “muchos” en una relación de uno a muchos o de muchos a muchos; representar esta última con la notación M:N o N:M implica que el número de entidades en la relación no necesita ser igual en ambos lados.

El estilo Chen representa la participación total con una sola línea de conexión y la participación parcial con una doble línea de conexión.

Llamada así por su línea de conexión bifurcada de tres puntas que muestra muchas relaciones, la notación de pata de gallo reemplaza los símbolos de Chen con tablas. Cada tabla representa una entidad y contiene todos sus atributos. La notación de pata de gallo permite a los creadores de ERD mostrar información sobre la cardinalidad de las relaciones.

Los diagramas de estructura de datos de Charles Bachman inspiraron directamente a Chen en la creación del ERD. Bachman empleó líneas con flechas para indicar la cardinalidad en las relaciones.

La Fuerza Aérea de Estados Unidos introdujo su lenguaje Integration DEFinition for information modeling (IDEF1X) en la década de 1980 para apoyar el desarrollo de modelos de datos semánticos. El trabajo de Chen dio un paso adelante al mostrar atributos dentro de una tabla compartida e introducir más opciones para la cardinalidad.

Creado por Richard Barker en 1981, el estilo Barker es el estándar para su uso en Oracle. La notación Barker comparte el estilo de pata de gallo para conectar líneas, mientras que también usa líneas punteadas para representar la participación parcial u opcional.