پایگاه داده چیست؟ سیستم مدیریت پایگاه داده یا DBMS چیست؟ چه کاربردی دارد؟ و چه مزایای و معایبی دارد؟ احتمالاً سؤالاتی هستند که شما را برای خواندن این مقاله ترغیب کرده است. Database Management System یا به اختصار DBMS مجموعهای از اطلاعات سازمان یافته است که در آن دادهها بر اساس ترتیب و قواعد مشخصی کنار یکدیگر نگهداری میشوند. این سیستم ابزارها و مکانیزمهای مختلفی را به منظور مدیریت اطلاعات در اختیار کاربران قرار میدهد. برای آشنایی بیشتر با این سیستم و انواع مختلف آن با شرکت نرم افزاری یگانه همراه باشید.
تعریف پایگاه داده چیست؟
پایگاه داده یا بانک اطلاعاتی (Database)، مجموعهای ساختاریافته و سازمانیافته از دادههاست که بهصورت دیجیتال در سیستمهای رایانهای ذخیره میشود و امکان دسترسی، مدیریت، و بهروزرسانی آسان آنها فراهم است. بهبیان ساده، پایگاه داده مکانی برای نگهداری اطلاعات است که به شما اجازه میدهد بهراحتی دادهها را ذخیره، بازیابی و تحلیل کنید.
برای درک بهتر مفهوم پایگاه داده، تصور کنید با یک کتابخانه بزرگ روبهرو هستید. در این کتابخانه، هر کتاب حاوی اطلاعاتی مشخص و منظم است. در این تشبیه، کتابخانه نقش پایگاه داده را دارد و کتابها همان دادهها هستند. همانطور که در یک کتابخانه میتوان به سرعت به کتاب دلخواه دسترسی پیدا کرد، در پایگاه داده هم میتوان بهسرعت داده موردنظر را جستجو و بازیابی کرد.
مثال سادهتر: هنگام ثبتنام دانشآموزان در یک مدرسه، تمامی اطلاعات دانشآموزان مانند نام، سن، شماره تماس، نمرات و … در یک سیستم واحد ثبت میشود. این سیستم همان پایگاه داده است که اطلاعات را یکپارچه نگهداری کرده و امکان گزارشگیری، جستجو و ویرایش اطلاعات را فراهم میکند.
پایگاههای داده در دنیای امروز کاربردهای فراوانی دارند؛ از سیستمهای فروشگاهی و بانکها گرفته تا شبکههای اجتماعی و نرمافزارهای سازمانی. این سیستمها اطلاعاتی مانند تراکنشهای مالی، مشخصات کاربران، موجودی کالا، سوابق سفارشها، اطلاعات مکانی، تصاویر و ویدئوها و حتی دادههای حسگرها را در خود نگهداری میکنند.
پایگاههای داده میتوانند ساده یا پیچیده، کوچک یا بسیار بزرگ باشند. برخی از آنها بهصورت محلی روی یک رایانه اجرا میشوند و برخی دیگر در سرورهای ابری قرار دارند و به میلیونها کاربر خدمات ارائه میدهند.
در یک جمعبندی کلی، پایگاه داده مجموعهای منظم از اطلاعات است که برای نگهداری، مدیریت و دسترسی مؤثر به دادهها طراحی شده است؛ و نقشی حیاتی در عملکرد درست و سریع بسیاری از نرمافزارها و سامانههای دیجیتال دارد.
تاریخچه تکامل پایگاه داده
سیستمهای مدیریت پایگاه داده (DBMS) طی دهههای گذشته دگرگونیهای عظیمی را تجربه کردهاند. در ابتدا، این سیستمها تنها قادر بودند دادههای ساختارمند و محدود را مدیریت کنند، اما امروزه بهقدری پیشرفته شدهاند که انواع مختلفی از دادههای ساختاریافته، نیمهساختاریافته و حتی بدون ساختار را بهصورت دقیق و منعطف مدیریت میکنند.
در دهه ۱۹۶۰ میلادی، نخستین پایگاههای داده معرفی شدند. این سیستمها بیشتر بر اساس مدلهای سلسلهمراتبی و شبکهای طراحی شده بودند. مدل سلسلهمراتبی، دادهها را به شکل ساختاری درختمانند با ریشه و زیرشاخه ذخیره میکرد، درحالیکه مدل شبکهای اجازه میداد هر رکورد به رکوردهای اولیه و ثانویه متعددی متصل شود. این سیستمها که به آنها “پایگاههای داده ناوبری” هم گفته میشد، عملکرد مناسبی داشتند اما انعطافپذیری آنها بسیار محدود بود.
تحولی بزرگ در دهه ۱۹۷۰ با معرفی پایگاه داده رابطهای توسط ادگار اف. کاد (E. F. Codd) در شرکت IBM رخ داد. این مدل، دادهها را در قالب جداول (روابط) ذخیره میکرد و با ارائه طرحوارههای منطقی، امکان جداسازی ساختار منطقی دادهها از نحوه ذخیرهسازی فیزیکی را فراهم ساخت. همین نوآوری باعث شد پایگاه داده رابطهای به استانداردی در صنعت تبدیل شود و کاربرد آن بهویژه با گسترش اینترنت از دهه ۱۹۹۰ بهسرعت افزایش یابد.
دهههای بعدی شاهد تحولاتی دیگر بودند:
-
۱۹۷۶: معرفی مدل موجودیت-رابطه (ER) توسط پیتر چن، که به طراحی بهتر پایگاههای داده کمک کرد
-
دهه ۱۹۸۰: ظهور پایگاههای داده شیگرا که امکان ذخیره اشیای پیچیده را فراهم میکرد
-
دهه ۱۹۹۰: تلاش برای ترکیب مدلهای رابطهای و شیگرا برای پاسخ به نیازهای پیچیدهتر
-
۱۹۹۱: معرفی پایگاههای داده شخصی مانند Microsoft Access که مدیریت پایگاه داده را برای کاربران معمولی ساده کرد
-
۱۹۹۵: آغاز استفاده از پایگاههای داده در برنامههای تحت وب و اینترنت
-
۱۹۹۷: ادغام XML در DBMSها برای پردازش بهتر دادههای ساختارنیافته
با رشد سریع دادهها، نیاز به سیستمهایی که بتوانند دادههای کلان (Big Data) و بدون ساختار را پردازش کنند، پایگاههای داده NoSQL را مطرح کرد. این سیستمها در دهه ۲۰۰۰ و همزمان با گسترش وبسایتها و شبکههای اجتماعی، محبوب شدند.
در سالهای اخیر، پایگاههای داده ابری (Cloud Database) و پایگاههای داده خودران (Autonomous Database) پا به عرصه گذاشتهاند. این سیستمها نه تنها امکان مقیاسپذیری بالا را دارند، بلکه بسیاری از وظایف مدیریتی مانند پشتیبانگیری، ارتقاء و بهینهسازی عملکرد را بهصورت خودکار انجام میدهند.
انواع پایگاه داده
انواع مختلفی از پایگاه داده وجود دارد که ممکن است بر اساس نوع محتوا طبقهبندی شوند که شامل: کتابشناختی، متن کامل، عددی و تصاویر است. در محاسبات پایگاههای داده اغلب بر اساس رویکرد سازمانی که استفاده میکنند، طبقهبندی میشوند.
برخی از پایگاههای اصلی سازمانی شامل موارد زیر است:
پایگاه داده رابطهای (Relational Database):
این نوع پایگاه داده رویکرد جدولی دادهها را تعریف میکند تا بتوان آنها را سازماندهی کرد و به طرق مختلف به آنها دسترسی داشت. پایگاه دادههای رابطهای از جداول تشکیل شدهاند که دادهها در دستههای از پیش تعریف شده در آن جداول قرار میگیرند. هر جدول دارای ستونهایی با حداقل یک دسته داده و ردیفهایی است که نمونه دادهای خاص برای دستههایی که در ستونها تعریف شدهاند، دارند. اطلاعات در یک پایگاه داده رابطهای در مورد یک مشتری خاص در ردیفها، ستونها و جداول سازماندهی میشود که برای آسانتر کردن جستجو با استفاده از پرس و جوهای SQL یا NoSQL ایندکس شدهاند.
پایگاه دادههای رابطهای از SQL در رابط کاربری و برنامه کاربردی خود استفاده میکنند. یک دسته داده جدید را میتوان به راحتی به یک پایگاه داده رابطهای بدون نیاز به تغییر برنامههای موجود اضافه کرد. یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطهای (RDBMS) برای ذخیره، مدیریت، پرس و جو و بازیابی دادهها در یک پایگاه داده رابطهای استفاده میشود. به طور معمول، RDBMS به کاربران امکان کنترل دسترسی خواندن یا نوشتن، تعیین تولید گزارش و تجزیه و تحلیل را میدهد. برخی از پایگاههای داده برای تضمین سازگاری دادهها و کامل بودن تراکنشها، اتمی، سازگاری، جداسازی و دوام یا ACID را ارائه میدهند.
پایگاه داده توزیع شده(Distributed database):
این پایگاه داده سوابق یا فایلها را در چندین مکان فیزیکی ذخیره میکند. پردازش دادهها نیز در بخشهای مختلف شبکه پخش و تکرار میشود. پایگاههای داده توزیع شده میتوانند همگن باشند، که در آن همه مکانهای فیزیکی دارای سختافزار زیربنایی یکسان هستند و سیستمعاملها و برنامههای پایگاه داده مشابهی را اجرا میکنند. همچنین میتوانند ناهمگن باشند. در این موارد، سخت افزار، سیستم عامل و برنامههای پایگاه داده میتوانند در مکانهای مختلف متفاوت باشند.
ابر این پایگاه دادهها در یک ابر عمومی، خصوصی یا ترکیبی برای یک محیط مجازی ساخته شدهاند . هزینه کاربران بر اساس میزان فضای ذخیرهسازی و پهنای باند استفاده میشود. همچنین مقیاسپذیری در صورت تقاضا و در دسترس بودن بالا را دریافت میکنند. این پایگاههای داده میتوانند با برنامههایی که به عنوان نرمافزار در یک سرویس مستقر شدهاند، کار کنند.
پایگاه داده NoSQL
پایگاههای داده NoSQL هنگام برخورد با مجموعههای بزرگ دادههای توزیع شده خوب هستند. آنها میتوانند مسائل مربوط به عملکرد کلان داده را بهتر از پایگاه دادههای رابطهای حل کنند. این نوع پایگاه دادهها همچنین به خوبی مجموعه دادههای بدون ساختار و دادههای بزرگ را روی سرورهای مجازی در فضای ابری تجزیه و تحلیل میکنند. این پایگاهها را میتوان پایگاههای داده غیر رابطهای نیز نامید.
پایگاه داده شیگرا (object-oriented database):
این پایگاه دادهها، دادههای ایجاد شده با استفاده از زبانهای برنامهنویسی شیگرا را نگه میدارند. آنها بر سازماندهی اشیا به جای اعمال و دادهها به جای منطق تمرکز میکنند. به عنوان مثال، یک رکورد داده تصویری به جای یک مقدار الفبایی، یک شی داده است.
پایگاه داده نمودار:
این پایگاه دادهها در حقیقت نوعی پایگاه داده NoSQL هستند. آنها با استفاده از مفاهیم نظریه گراف، روابط را ذخیره، نقشه و پرس و جو میکنند. پایگاه دادههای گراف از گرهها و لبهها تشکیل شدهاند. این پایگاههای داده اغلب برای تجزیه و تحلیل اتصالات مورد استفاده قرار میگیرند. پایگاه دادههای نموداری بیشتر برای تجزیه و تحلیل دادههای مربوط به مشتریان در تعامل با یک تجارت در صفحات وب و رسانههای اجتماعی استفاده میشود.
گراف دیتابیس (graph database):
پایگاه دادههای گراف از SPARQL، یک زبان برنامهنویسی و پروتکل اعلامی، برای تجزیه و تحلیل استفاده میکنند. SPARQL میتواند همانند SQL تمام تحلیلها را انجام دهد. همچنین میتواند برای تجزیه و تحلیل معنایی یا بررسی روابط استفاده شود. بنابراین میتواند برای انجام تجزیه و تحلیل بر روی مجموعه دادههایی که دادههای ساختار یافته و بدون ساختار دارند، مفید باشد. SPARQL به کاربران امکان تجزیه و تحلیل اطلاعات ذخیره شده در یک پایگاه داده رابطهای و همچنین روابط دوستانه، رتبه صفحه و کوتاهترین مسیر را میدهد.
اجزای تشکیل دهنده دیتابیس چیست؟
درست است که پایگاههای داده از نظر ساختار، نوع داده و طرحواره با هم تفاوت دارند، اما همهی آنها از پنج جزء اصلی تشکیل شدهاند:
۱. سختافزار
سختافزار شامل تجهیزات فیزیکیای است که نرمافزار پایگاه داده روی آن اجرا میشود. این تجهیزات میتوانند شامل کامپیوتر، سرور، هارد دیسک، دستگاههای ورودی/خروجی و ذخیرهسازی باشند. سختافزار بهنوعی پلی بین نرمافزار پایگاه داده و دنیای واقعی است.
۲. نرمافزار
نرمافزار پایگاه داده یا همان DBMS (سیستم مدیریت پایگاه داده) وظیفه دارد ارتباط بین کاربر و داده را برقرار کند. این نرمافزار مجموعهای از برنامههاست که به کاربران اجازه میدهد دادهها را وارد کنند، ویرایش کنند، بازیابی کنند یا مدیریت کنند. خود DBMS هم بخشی از همین نرمافزار است.
۳. دادهها
داده، قلب تپندهی هر پایگاه اطلاعاتی است. اطلاعات خامی که در پایگاه داده ذخیره میشود، توسط مدیران پایگاه داده سازماندهی میشود تا معنا و کاربرد مشخصی پیدا کند. پایگاه داده نهتنها دادههای عملیاتی، بلکه ابردادههایی (اطلاعاتی دربارهی خود دادهها) را هم ذخیره میکند.
۴. زبان دسترسی به پایگاه داده
برای تعامل با پایگاه داده، از زبانهای مخصوصی استفاده میشود. یکی از رایجترین این زبانها SQL است. این زبان به شما امکان میدهد دادهها را وارد، بهروزرسانی یا بازیابی کنید. برنامهنویسان با استفاده از این زبان، دستورات لازم را مینویسند و DBMS آنها را اجرا کرده و نتایج را به کاربر نمایش میدهد.
۵. رویهها یا دستورالعملها
رویهها شامل مجموعهای از قوانین، سیاستها و دستورالعملها هستند که نحوه طراحی، استفاده و نگهداری پایگاه داده را مشخص میکنند. این بخش به کاربران، مدیران و برنامهنویسان کمک میکند تا با یک روال مشخص از سیستم استفاده کنند.
سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) چیست؟
کاربردهای DBMS چیست؟
کسب و کارها از دادههای ذخیره شده در پایگاههای داده برای اتخاذ تصمیمات تجاری آگاهانه استفاده میکنند. برخی از روشهایی که سازمانها از پایگاههای داده استفاده میکنند عبارتند از:
بهبود فرآیندهای کسب و کار، شرکتها دادههای مربوط به فرآیندهای تجاری مانند: فروش، پردازش سفارش و خدمات مشتری را جمعآوری میکنند. سپس این دادهها را به منظور بهبود فرآیندها، گسترش کسب و کار و افزایش درآمد تجزیه و تحلیل میکنند.
ردیابی مشتریان پایگاههای داده، اغلب اطلاعات مربوط به افراد مانند: مشتریان یا کاربران را ذخیره میکنند. به عنوان مثال، پلتفرمهای رسانههای اجتماعی از پایگاههای داده برای ذخیره اطلاعات کاربران مانند نام، آدرس ایمیل و رفتار کاربر استفاده میکنند. یا نرم افزار های اداری و سازمانی از جمله نرم افزار مدیریت مستندات یا نرم افزار اتوماسیون اداری از پایگاه داده برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند. دادهها برای توصیه محتوا به کاربران و بهبود تجربه کاربر استفاده میشود.
ایمن کردن اطلاعات سلامت شخصی، ارائهدهندگان مراقبتهای بهداشتی از دیتابیس برای ذخیره ایمن دادههای سلامت شخصی جهت اطلاعرسانی و بهبود مراقبت از بیمار استفاده میکنند.
ذخیره اطلاعات شخصی، همچنین میتوان از پایگاههای داده برای ذخیره اطلاعات شخصی استفاده کرد. برای مثال، فضای ذخیرهسازی ابری شخصی برای کاربران فردی برای ذخیره رسانهها، مانند عکسها در یک ابر مدیریت شده در دسترس است.
انواع سیستم مدیریت دیتابیس
چهار نوع اصلی سیستم مدیریت پایگاه داده شامل: پایگاه داده سلسله مراتبی، پایگاه داده شبکه، پایگاه داده رابطهای و پایگاه داده شیگرا است.
DBMS سلسله مراتبی
در یک دیتابیس سلسله مراتبی، دادههای مدل در یک ساختار درخت مانند سازماندهی میشوند. دادهها به صورت سلسله مراتبی (از بالا به پایین یا پایین به بالا) ذخیره میشوند. دادهها با استفاده از رابطه والد-فرزند نمایش داده میشوند. در DBMS سلسله مراتبی، والدین ممکن است فرزندان زیادی داشته باشند، اما فرزندان فقط یک والدین داشته باشند.
مدل شبکه
مدل پایگاه داده شبکه به هر کودک این امکان را میدهد که چندین والدین داشته باشد. این به شما کمک میکند تا نیاز به مدلسازی روابط پیچیدهتر مانند رابطه سفارشات/ قطعات چند به چند را برطرف کنید. در این مدل، موجودیتها در یک نمودار سازماندهی میشوند که از طریق چندین مسیر قابل دسترسی است.
مدل رابطهای
DBMS رابطهای پرکاربردترین مدل DBMS است. زیرا یکی از سادهترینها محسوب میشود. این مدل بر اساس نرمالسازی دادهها در ردیفها و ستونهای جداول است. مدل رابطهای در ساختارهای ثابت ذخیره شده و با استفاده از SQL دستکاری شده است.
مدل شیگرا
در مدل شیگرا دادهها در قالب اشیا ذخیره میشوند. ساختاری که به آن کلاسهایی گفته میشود که دادهها را در آن نمایش میدهند. این یکی از اجزای DBMS است که پایگاه داده را به عنوان مجموعهای از اشیاء تعریف و هم مقادیر اعضای داده و هم عملیات را ذخیره میکند.
مزایای سیستم مدیریت دیتابیس (DBMS)
DBMS تکنیکهای مختلفی را برای ذخیره و بازیابی دادهها ارائه میدهد. سیستم مدیریت دیتابیس میتواند به عنوان یک کنترلکننده کارآمد برای متعادل کردن نیازهای چندین برنامه با استفاده از دادههای یکسان عمل کند. از توابع قدرتمند مختلف جهت ذخیره و بازیابی دادهها به طور مؤثر استفاده میکند. از یکپارچگی و امنیت داده بالایی برخوردار است. برای مدیریت دادهها از رویههای یکنواخت استفاده میشود. برنامهنویسان برنامه هرگز در معرض جزئیات نمایش دادهها و ذخیرهسازی قرار نگرفتند. DBMS مستلزم محدودیتهای یکپارچگی برای دریافت سطح بالایی از حفاظت در برابر دسترسی ممنوع به دادهها است. یک سیستم مدیریت دیتابیس دسترسی همزمان به دادهها را به گونهای برنامهریزی میکند که تنها یک کاربر میتواند در آن واحد به دادههای مشابه دسترسی داشته باشد.
DBMS میتواند افزونگی دادهها را کنترل کند. زیرا تمام دادهها را در یک فایل پایگاه داده ذخیره میکند و دادههای ثبت شده در پایگاه داده قرار میگیرد. کاربران مجاز یک سازمان میتوانند دادهها را بین چندین کاربر به اشتراک بگذارند. به دلیل ماهیت متمرکز سیستم پایگاه داده به راحتی قابل نگهداری است. زمان توسعه و نیاز به تعمیر و نگهداری را نیز کاهش میدهد. زیرسیستمهای پشتیبانگیری و بازیابی را فراهم میکند که پشتیبانگیری خودکار دادهها را از خرابیهای سختافزاری و نرمافزاری ایجاد میکند. در صورت نیاز اطلاعات را بازیابی میکند. انواع مختلفی از رابطهای کاربری مانند رابطهای کاربر گرافیکی، رابطهای برنامه کاربردی را ارائه میدهد.
معایب سیستم مدیریت دیتابیس (DBMS)
سیستم مدیریت دیتابیس نیز همانند دیگر سیستمها علاوه بر مزایا دارای معایبی نیز است. به عنوان مثال هزینه بسیار بالای سختافزار و نرمافزار این سیستم است که برای اجرای نرمافزار DBMS به سرعت بالای پردازشگر داده و حجم حافظه زیاد نیاز دارد. فضای زیادی از دیسکها و حافظه زیادی را برای اجرای کارآمد آنها اشغال میکند. سیستم مدیریت دیتابیس پیچیدگی و الزامات بیشتری ایجاد میکند. به همین دلیل کاربران برای استفاده از آن حتماً باید آموزش ببینند. خرابی به شدت بر بانک داده تأثیر میگذارد. زیرا در بیشتر سازمانها، تمام دادهها در یک بانک داده ذخیره میشوند و اگر پایگاه داده به دلیل خرابی برق یا خرابی بانک داده آسیب ببیند، ممکن است دادهها برای همیشه از بین بروند. گاهی اوقات نیز استفاده از یک برنامه در یک زمان توسط بسیاری از کاربران منجر به از دست رفتن برخی از دادهها میشود. برای محاسبات پیچیده نیز مورد استفاده قرار نمیگیرد.
اگرچه سیستم DBMS مفید است اما هنوز برای برخی موارد خاص توصیه نمیشود. مثلاً زمانی که بودجه یا تخصص لازم برای اجرای DBMS را ندارید، توصیه نمیشود. در چنین مواردی، فایلهای Excel/CSV/Flat میتوانند به خوبی کار را انجام دهند.
معرفی شناخته شدهترین سیستم مدیریت دیتابیس
از جمله کاربردهای مهم DBMS انجام عملیات چهارگانه ساختن، بهروزرسانی، خواندن و حذف اطلاعات است. به مجموعه این عملیاتها اختصاراً (Create,_read,_update_and_delete)CRUD گفته میشود. برای مدیریت اطلاعات دیتابیس نیز از سیستمهای مدیریتی مختلفی استفاده میشود که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. با این حال شناخته شدهترین و پرکاربردترین سیستمهای مدیریت دیتابیس شامل:
MySQL، PostgreSQL، SQLite، SQL Server، IBM Db2، Microsoft SQL Server، Oracle Database، MariaDB، Microsoft Access و LibreOffice Base است. SQL زبان درخواست به پایگاههای داده یا همان زبان مشترک در بین سیستمهای مدیریت دیتابیس است.
نتیجهگیری
همانطور که در این مقاله خواندید سیستم مدیریت دیتابیس داده یک راه ارتباطی بین پایگاه داده،کاربر و نرمافزارهای کاربردی از جمله نرم افزار اتوماسیون اداری تحت وب است که مهم برنامهنویسان و توسعه دهندهگان میتوانند از آن استفاده کنند. اما برای کار با این سیستمها به علت پیچیدگی، باید حتماً نحوه کار با آن را بیاموزید تا بتوانید راحتتر اطلاعات و دادههای نرمافزاری خود را مدیریت کنید.
بدون دیدگاه