Что такое ER-диаграмма и как ее создать?

Схема «сущность-связь» (также ERD или ER-диаграмма) — это разновидность блок-схемы, где показано, как разные «сущности» (люди, объекты, концепции и так далее) связаны между собой внутри системы. ER-диаграммы чаще всего применяются для проектирования и отладки реляционных баз данных в сфере образования, исследования и разработки программного обеспечения и информационных систем для бизнеса. ER-диаграммы (или ER-модели) полагаются на стандартный набор символов, включая прямоугольники, ромбы, овалы и соединительные линии, для отображения сущностей, их атрибутов и связей. Эти диаграммы устроены по тому же принципу, что и грамматические структуры: сущности выполняют роль существительных, а связи — глаголов.

ER-диаграммы — «родственники» схем структуры данных (DSD), где вместо связей между самими сущностями отображаются отношения между элементами внутри них. ER-диаграммы часто используются в сочетании с диаграммами DFD, которые схематично показывают движение потоков информации в рамках процесса или системы.

В ER-моделях и моделях данных обычно выделяют до трех уровней детализации:

• Концептуальная модель данных

  — схема наивысшего уровня с минимальным количеством подробностей. Достоинство этого подхода заключается в возможности отобразить общую структуру модели и всю архитектуру системы. Менее масштабные системы могут обойтись и без этой модели. В этом случае можно сразу переходить к логической модели.

• Логическая модель данных

  содержит более подробную информацию, нежели концептуальная модель. На этом уровне определяются более подробные операционные и транзакционные сущности. Логическая модель не зависит от технологии, в которой она будет применяться.

• Физическая модель данных

  : на основе каждой логической модели данных можно составить одну или две физических модели. В последних должно присутствовать достаточно технических подробностей для составления и внедрения самой базы данных.

Обращаем ваше внимание на тот факт, что похожие уровни масштаба и детализации встречаются и в других видах схем (например, в диаграммах DFD), однако данная классификация отличается от трехсхемного подхода в разработке ПО, где деление информации осуществляется по несколько иному принципу. Правда, иногда разработчики применяют ER-диаграммы с дополнительными иерархиями, если дизайн базы данных требует больше информационных уровней. К примеру, разработчик может добавить новые группы по принципу расширения вверх (суперклассы) и вниз (подклассы).

• Только реляционные данные

  . Следует четко понимать, что цель ER-диаграмм — показать связи и отношения между элементами, поэтому они отображают только реляционную структуру.

• Только для структурированных данных

  . Данные должны быть четко разбиты на поля, столбцы и строки, иначе пользы от ER-диаграммы будет мало. Это касается и частично структурированных данных, так как только некоторые из них будут пригодны для работы.

• Сложность интеграции с существующей базой данных

  . Применение ER-моделей для интеграции с существующей базой данных — непростая задача по причине различия в архитектурах.

• Проектирование баз данных

  . ER-диаграммы применяются для моделирования и проектирования реляционных баз данных, причем как в плане логических и бизнес-правил (логические модели данных), так и в плане внедрения конкретных технологий (физические модели данных). В сфере разработки программного обеспечения ER-диаграмма, как правило, служит первым шагом в определении требований проекта по созданию информационных систем. На дальнейших этапах работы ER-диаграммы также применяются для моделирования конкретных баз данных. Реляционная база данных сопровождается соответствующей реляционной таблицей и при необходимости может быть представлена в этом формате.

• Отладка баз данных

  . ER-диаграммы применяются для анализа уже имеющихся баз данных с целью выявить и устранить ошибки в логике или развертывании. Диаграмма позволяет выявить, где именно закрались ошибки.

• Информационные системы для бизнеса

  . ER-схемы используются для проектирования и анализа реляционных баз данных, применяемых в бизнес-процессах. Реляционные базы данных могут пригодиться в любом бизнес-процессе, где задействованы данные, разбитые на поля, включая сущности, действия и взаимосвязи. Базы данных помогают оптимизировать процессы, извлекать данные и повышать качество результатов.

• Реорганизация бизнес-процессов (BPR)

  . ER-диаграммы помогают анализировать базы данных, применяемые при реорганизации бизнес-процессов и моделировании новых баз данных.

• Образование

  . Базы данных — широко распространенный в наши дни способ хранения реляционной информации, применяемой в целях образования и для последующего извлечения данных, поэтому ER-диаграммы играют не последнюю роль в планировании подобных структур данных.

• Исследовательская деятельность

  . Поскольку исследовательская работа во многом опирается на четко структурированные данные, ER-диаграммы играют ключевую роль в построении оптимальных баз данных для анализа информации.

Диаграммы «сущность-связь» (или ERD) — неотъемлемая составляющая процесса моделирования любых систем, включая простые и сложные базы данных, однако применяемые в них фигуры и способы нотации могут запросто ввести в заблуждение любого. Это руководство поможет вам стать настоящим экспертом по нотации ER-диаграмм и уверенно взяться за моделирование собственных баз данных!

Концептуальные модели данных дают общее представление о том, что должно входить в состав модели. Концептуальные ER-диаграммы можно брать за основу логических моделей данных. Их также можно использовать для создания отношений общности между разными ER-моделями, положив их в основу интеграции. Все приведенные ниже символы можно найти в библиотеках «Сущность-связь» для UML» и «Фигуры по модели «сущность-связь» на Lucidchart.

Символы ERD-сущностей

Под понятием «сущности» подразумеваются объекты или понятия, несущие важную информацию. С точки зрения грамматики, они, как правило, обозначаются существительными, например, «товар», «клиент», «заведение» или «промоакция». Ниже представлены три наиболее распространенных типа сущностей, используемых в ER-диаграммах.

Символ	Название	Описание
	Независимая (сильная) сущность	Не зависит от других сущностей и часто называется «родительской», так как у нее в подчинении обычно находятся слабые сущности. Независимые сущности сопровождаются первичным ключом, который позволяет идентифицировать каждый экземпляр сущности.
	Зависимая (слабая) сущность	Сущность, которая зависит от сущности другого типа. Не сопровождается первичным ключом и не имеет значения в схеме без своей родительской сущности.
	Ассоциативная сущность	Соединяет экземпляры сущностей разных типов. Также содержит атрибуты, характерные для связей между этими сущностями.

Символы ERD-связей

Связи используются в схемах «сущность-связь» для обозначения взаимодействия между двумя сущностями. Грамматически связи, как правило, выражаются глаголами, например, «назначить», «закрепить», «отследить», и несут полезную информацию, которую невозможно получить, опираясь только на типы сущностей.

Символ	Название	Описание
	Связь	Отношение между сущностями.
	Слабая связь	Связь между зависимой сущностью и ее «хозяином».

Символы ERD-атрибутов

ERD-атрибуты характеризуют сущности, позволяя пользователям лучше разобраться в устройстве базы данных. Атрибуты содержат информацию о сущностях, выделенных в концептуальной ER-диаграмме.

Символ	Название	Описание
	Атрибут	Характеризует сущность, а также отношения между двумя или более элементами.
	Многозначный атрибут	Атрибут, которому может быть присвоено несколько значений.
	Производный атрибут	Атрибут, чье значение можно вычислить, опираясь на значения связанных с ним атрибутов.
	Связь	Отношение между сущностями.

Физическая модель данных — самый детальный уровень ER-схем, где представлен процесс добавления информации в базу данных. Физические модели «сущность-связь» отображают всю структуру таблицы, включая названия столбцов, типы данных, ограничения столбцов, первичные и внешние ключи, а также отношения между таблицами.

Как показано ниже, таблицы представляют собой еще один способ отображения сущностей. Вот ключевые составляющие таблиц «сущность-связь»:

Поля

Поля — это участки таблицы, где задаются атрибуты сущностей. Под атрибутами обычно подразумеваются столбцы базы данных, которая моделируется по принципу «сущность-связь».

В примере ниже InterestRate («процентная ставка») и LoanAmount («сумма займа») оба являются атрибутами сущности и оба находятся внутри полей.

Ключи

Ключи — один из способов категоризации атрибутов. Напоминаем, что ER-диаграммы помогают пользователям моделировать базы данных посредством таблиц, которые обеспечивают им упорядоченность, эффективность и высокую скорость работы. Ну а ключи применяются с целью максимально эффективно связать между собой разные таблицы в базе данных.

Первичные ключи

Первичный ключ — это атрибут или сочетание атрибутов, идентифицирующих один конкретный экземпляр сущности.

Внешние ключи

Внешний ключ создается каждый раз, когда атрибут привязывается к сущности посредством единичной или множественной связи.

К примеру, займ на каждый отдельный автомобиль может быть выдан только одним банком, поэтому в качестве внешнего ключа FinancedBy («кем выдан займ») в таблице Car (автомобиль») использован основной ключ BankId («идентификатор банка»).При этом идентификатор BankId может служить внешним ключом сразу для нескольких автомобилей.

Типы

Под типом подразумевается тип данных в соответствующем поле таблицы. Однако это также может быть и тип сущности, то есть описание ее составляющих. Например, у сущности «книга» будут следующие типы: «автор», «название» и «дата публикации».

Хотя нотация Crow's Foot («вороньи лапки») часто признается наиболее интуитивной, некоторые пользователи отдают предпочтение нотации Бахмана, OMT, IDEF или UML. Тем не менее, «вороньи лапки» действительно предлагают наглядный интуитивный формат — вот почему мы выбрали их для нотации ER-диаграмм в Lucidchart.

Кардинальность и ординальность

Под кардинальностью подразумевается максимальное число связей, которое может быть установлено между экземплярами разных сущностей. Ординальность, в свою очередь, указывает минимальное количество связей между экземплярами двух сущностей.

Кардинальность и ординальность отображаются на соединительных линиях согласно выбранному формату нотации.

Чтобы оценить всю пользу от метода «сущность-связь», попробуйте создать собственную ER-схему с помощью нашей простой инструкции.

1. Задайте сущности (они, как правило, обозначаются существительными, например, «автомобиль», «банк», «студент», «товар» и так далее)

Сущности — важнейшая составляющая ER-диаграммы. В нашем примере мы будем создавать концептуальную ER-диаграмму простой системы, где студент записывается на курс к профессору. Если вам нужно освежить знания по фигурам «сущность-связь», у нас есть отличные уроки по этой теме. Итак, три основных сущности в нашем примере — это «студент», «курс» и «профессор».

2. Определитесь со связями (они показывают, как сущности взаимодействуют между собой)

Связи обычно обозначаются глаголами, например «покупает», «содержит», «выполняет» и так далее. В нашем примере взаимоотношения между тремя сущностями раскрываются посредством связок «записывается» и «преподает».

3. Добавьте атрибуты (они иллюстрируют конкретные характеристики сущности, фокусируя внимание на важной информации в контексте модели)

Атрибуты необходимы для моделирования характеристик, которые будут сопровождать каждую сущность ER-диаграммы. На практике в схемах часто встречаются такие атрибуты, как «ID-номер», «наименование» и «артикул».

4. Внесите последние штрихи

Чтобы ER-диаграмма была понятной, очень важно расположить все ее элементы в логичном порядке. Ведь главная цель схемы «сущность-связь» состоит в том, чтобы смоделировать сложную базу данных, и поэтому ваша задача номер один — научиться выстраивать ER-схемы просто и логично.

Lucidchart — онлайн-платформа, где удобно создавать схемы баз данных. Регистрируйтесь и пользуйтесь нашими услугами бесплатно! Достаточно завести учетную запись — и вы сможете тут же приступить к схематизации своих баз данных.

Активация библиотек ERD-фигур

Создав новый документ, обязательно активируйте библиотеку фигур «сущность-связь» при помощи кнопки «+ фигуры» в левом меню.

Перетаскивание фигур

Активировав библиотеку фигур «сущность-связь», поместите фигуры на холст. Для этого нажмите на нужную фигуру и перетащите ее на любой участок холста.

Соединение фигур

Когда необходимые фигуры окажутся на холсте, соедините их между собой, протянув линии из красных точек по периметру фигур. Окончания линий можно затем изменить на панели инструментов над холстом.

1. Выберите подходящий уровень детализации. В зависимости от нужд проекта вам может подойти концептуальная, логическая или физическая модель. (Все эти уровни описаны выше.)

2. Избегайте лишних сущностей и связей.

3. Если схема создается с целью отладки базы данных, обращайте внимание на пробелы в связях или отсутствие сущностей или атрибутов.

4. Сопровождайте все сущности и связи необходимыми ярлыками.

5. Вы можете конвертировать реляционные таблицы в ER-диаграммы и обратно, если вам удобнее работать таким образом.

6. Убедитесь, что ER-диаграмма поддерживает все виды данных, которые подлежат хранению.

7. К созданию ER-диаграммы можно подойти по-разному. Но если вам удалось собрать в ней всю необходимую информацию согласно цели и масштабу проекта, то беспокоиться не о чем.

Шаблон ER-диаграммы базы данных

Схема ER-диаграммы базы данных позволяет продемонстрировать, как сущности в пределах базы данных связаны между собой и какие атрибуты характеризуют каждую из них. На примере ниже показаны сущности в составе школьной системы.

Шаблон ER-диаграммы заказа на покупку

На этой ER-диаграмме показано, какие сущности, связи и атрибуты задействованы в документе заказа на покупку. Схема позволяет наглядно представить задействованную информацию, чтобы ее было проще понять и объяснить.

Шаблон ER-диаграммы для библиотеки

Данный шаблон иллюстрирует обмен данными, который происходит, когда читатель берет книгу из библиотеки. Взглянув на эту диаграмму, любой участник проекта сможет с легкостью понять движение потока задействованных данных и эффективно с ним работать.