پایگاه داده یا دیتابیس چیست؟ انواع پایگاه داده کدامند؟

دیتابیس چیست؟

پایگاه‌ داده (Database) مجموعه ای سازمان یافته از اطلاعات منطقی متصل است. اطلاعات به دانش مفید تبدیل و سپس ساختار یافته و نگهداری می‌شود تا متناسب با نیازهای کاربر باشد. جدا از ذخیره خود داده ها، یک پایگاه داده روابط بین نقاط داده را نیز حفظ می‌کند.

در مفهوم گسترده تر، پایگاه داده مجموعه ای یکپارچه از اطلاعات در مورد یک سیستم و رویه های نگهداری و استفاده است. برخلاف صفحات گسترده (spreadsheets)، چندین کاربر و برنامه به طور همزمان به فضای ذخیره سازی دسترسی دارند.

پایگاه های داده برای چه مواردی استفاده می‌شود؟

پایگاه های داده طیف کاربردی گسترده ای دارند. نمونه های معمولی عبارتند از:

• سیستم های بانکی، بانک های اطلاعاتی را برای مشتریان، حساب ها، اعتبارات، تراکنش ها و … نگهداری می‌کنند.
• ترافیک خطوط هوایی اطلاعات مربوط به پروازها، رزرو بلیط و موارد مشابه را حفظ می‌کند. شرکت های هواپیمایی اولین بخشی هستند که از پایگاه های اطلاعاتی توزیع شده جغرافیایی استفاده می‌کنند.
• دانشگاه ها از پایگاه های داده برای ثبت اطلاعات در مورد دانشجویان، برنامه های کاربردی، نمرات، دوره ها و … استفاده می‌کنند.
• تراکنش های کارت اعتباری حاوی سربرگ‌هایی در مورد پرداخت ها هستند و گزارش های ماهانه تولید می‌کنند.
• شرکت های مخابراتی اطلاعات تماس‌ها را ذخیره می‌کنند، صورتحساب های ماهانه تولید می‌کنند، خط ارتباطی را ردیابی می‌کنند و …
• بخش مالی، خرید و فروش ابزارهای مالی مانند اوراق قرضه و سهام را دنبال می‌کند.
• بازرگانی و تجارت الکترونیک داده ها در مورد مصرف کنندگان، محصولات، و کاتالوگ های مختلف قیمت ذخیره می‌کند.
• مشاغل تولیدی زنجیره تامین، خطوط تولید، انبارها، تولید فاکتورها و … را مدیریت می‌کنند.
• منابع انسانی اطلاعات مربوط به کارکنان، چک حقوق، مالیات، مزایا و … را ذخیره می‌کند.

فهرست بالا نشان می‌دهد که پایگاه داده ها برای هر نوع کسب و کاری چقدر حیاتی هستند. با رابط های کاربری مدرن، هنگام دسترسی به یک پایگاه داده، جزئیات پشت آن پنهان می‌شود، بنابراین بسیاری از کاربران از استفاده روزانه از یک پایگاه اطلاع ندارند.

تاریخچه دیتابیس چیست؟

اولین پایگاه داده خودکار به Herman Hollerith متصل می‌شود که سیستم را برای پردازش خودکار داده ها در سال ۱۸۸۴ به ثبت رساند. سرشماری ۱۸۹۰ ایالات متحده از سیستم شمارنده کارت های پانچ استفاده کرد و مجموعه کارت ها نشان دهنده اولین سیستم پایگاه داده خودکار است.

هر کارت دارای ۸۰ ستون و اطلاعات مشخص شده در مورد یک شخص بود. معمولاً پردازش اطلاعات سرشماری دو سال طول می‌کشد. با این حال، سیستم کارت پانچ و مکانیسم خودکار خواندن کارت تنها حدود شش هفته طول کشید تا داده ها را پردازش کند. سیستم کارت های پانچ شده در طول ۲۰ مورد استفاده قرار گرفت.

پس از جنگ جهانی دوم، شرکت ها و مؤسسات دولتی شروع به استفاده از رایانه برای پایگاه داده های حسابداری خطی ساده کردند. اولین پایگاه های داده کامپیوتری که برای کارهای خاص مورد استفاده قرار گرفت و فاقد انعطاف بود.

پایگاه های داده در دهه ۱۹۶۰

در دهه ۱۹۶۰ پایگاه داده های اسناد نقش غالب داشتند. اولین سیستم های مدیریت پایگاه داده در این دهه ظاهر شدند و برای پروژه های بزرگ و پیچیده مانند فرود آپولو در ماه مورد استفاده قرار گرفتند.

پایگاه های داده در دهه ۱۹۷۰

پایگاه های داده در دهه ۱۹۷۰ به یک واقعیت تجاری تبدیل شدند. سیستم های سلسله مراتبی و شبکه ای برای مدیریت داده ها عمدتاً برای مدیریت ساختارهای داده پیچیده، مانند حساب های کارخانه، هنگام خرید مواد خام معرفی شده اند.

این دهه شامل DBMSهای تجاری نسل اول است و برخی از آنها هنوز در حال استفاده هستند. شامل چند اشکال بودند که عبارتند از:

• بازیابی داده ها سخت بود. شرکت ها در دهه ۱۹۷۰ از برنامه های پیچیده برای دسترسی به داده های ساده استفاده می‌کردند.
• استقلال داده  محدود بود و تغییر و به روز رسانی اطلاعات را سخت کرده است.
• هیچ پایه نظری برای هیچ مدل پایگاه داده وجود نداشت.

پایگاه های داده در دهه ۱۹۸۰

دهه ۱۹۸۰ به معایب دهه قبل می‌پردازد. مدل داده های رابطه ای در طول دهه ۱۹۷۰ ظاهر شد و نسل دوم DBMS در دهه ۱۹۸۰ کاربرد تجاری پیدا کرد. هنگام استفاده از مدل رابطه ای، تمام داده ها در قالب جدولی آشنا هستند. یک زبان برنامه نویسی نسبتا ساده (SQL) داده ها را از پایگاه داده بازیابی می‌کند.

مدل پایگاه داده جدید دسترسی آسان تر به داده ها را برای افرادی که برنامه نویس نبودند، امکان پذیر می‌کرد و مهم ترین مشکل مدل های قبلی را برطرف می‌کرد. مدل رابطه‌ای برای ارتباط کلاینت/سرور، انتقال موازی داده، و رابط کاربری گرافیکی استفاده را ساده‌تر می‌کرد، مناسب بود.

پایگاه های داده در دهه ۱۹۹۰

دهه ۱۹۹۰ باعث پیدایش برنامه های کاربردی اینترنتی و سیستم های ذخیره سازی داده ها شد. داده های چند رسانه ای (گرافیک، صدا، تصاویر و فیلم ها) رایج تر شد. مقادیر عظیمی از داده های ساختاریافته و بدون ساختار استاندارد بودند. با توجه به افزایش پیچیدگی داده ها، سیستم های پایگاه داده رابطه ای به رویکرد شی گرا روی آوردند.

پایگاه های داده در دهه ۲۰۰۰

سه نوع پایگاه داده جدید ظاهر می‌شود: پایگاه داده های XML، NoSQL و NewSQL.

پایگاه داده های XML یک نوع مبتنی بر سند بسیار ساختار یافته هستند. کوئری ها از طریق ویژگی های XML با درجات مختلف انعطاف پذیری مجاز است.

پایگاه های داده NoSQL به تقاضای قوی برای سیستم های پایگاه داده توزیع شده بسیار انعطاف پذیر پاسخ می‌دهد که از ثبات نهایی استفاده می‌کنند و نیازی به یک طرح واره ثابت ندارند. نوع NoSQL بسیار مقیاس پذیر است و داده های غیرعادی را ذخیره می‌کند .

هدف NewSQL ترکیب بهترین ویژگی ها از پایگاه های داده NoSQL، مانند مقیاس پذیری، در عین استفاده از SQL و حفظ انطباق با ACID است.

انواع مختلف دیتابیس چیست؟

در حال حاضر انواع مختلفی از پایگاه داده موجود است که هر کدام مزایا و معایبی دارند. هر نوع پایگاه داده یک محیط خاص برای ذخیره داده ها و رابطه بین اطلاعات ایجاد می‌کند.

• پایگاه داده های رابطه ای داده ها را در ساختارهای جدول مانند به صورت ردیف و ستون با تمرکز بر سازگاری داده ها ذخیره می‌کنند. این نوع پایگاه داده بر روابط بین داده ها تمرکز دارد و پرکاربردترین نوع پایگاه داده است.
• پایگاه داده های شی گرا، اصول برنامه نویسی شی گرا (OOP) را با استانداردهای پایگاه داده رابطه ای ترکیب می‌کنند.
• پایگاه های داده توزیع شده در چندین سایت پخش شده و به صورت افقی مقیاس پذیر می‌شوند.
• انبارهای داده، داده ها را از منابع مختلف به طور مداوم در یک سیستم پشتیبانی تصمیم ادغام می‌کنند. انبارها حجم زیادی از داده ها را تامین می‌کنند و معمولاً در سرورهای کلان داده قرار دارند.
• پایگاه های داده NoSQL از نظر ساختاری انواع مختلفی از پایگاه های داده با تمرکز بر در دسترسی بالا هستند. سیستم های NoSQL برای حجم زیادی از داده های بدون ساختار مناسب هستند.
• پایگاه داده های گراف نوعی پایگاه داده NoSQL با تمرکز بر روابط بین نقاط داده است. با ساختار شبکه توپوگرافی، پایگاه های داده گراف بهترین سیستم برای کاوش و کشف روابط هستند.
• پایگاه های داده OLTP بر تراکنش های کوتاه روزانه تمرکز می‌کنند و از یک پایگاه کاربری بزرگ با یکپارچگی داده ها و اثربخشی بالا در کوئری‌های همزمان پشتیبان ایجاد می‌کنند.
• پایگاه‌های داده منبع باز برای تغییرات باز هستند و استفاده از آنها رایگان است. تنظیمات برگزیده کاربر قابل تنظیم و هزینه کم باعث شده تا این نوع پایگاه داده به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.
• پایگاه داده های ابری دارای تمام ویژگی های پایگاه داده سنتی با انعطاف پذیری رایانش ابری هستند .
• پایگاه داده های چند مدل یک موتور واحد را برای کار با انواع مدل های پایگاه داده چندگانه ارائه می‌دهند.
• پایگاه داده Document/JSON یک سیستم ذخیره سازی NoSQL است که داده ها را در اسناد JSON ذخیره می‌کند.
• پایگاه داده های ابری خودران (پایگاه های اطلاعاتی مستقل) از یادگیری ماشینی برای خودکارسازی وظایف مختلف در DBMS استفاده می‌کنند.

اجزای دیتابیس چیست؟

پنج جزء اصلی یک سیستم پایگاه داده را تشکیل می‌دهند.

۱) سخت افزار

سخت افزار شامل دستگاه های فیزیکی است که رایانه ها را با دنیای واقعی متصل می‌کند. وقتی صحبت از پایگاه‌های داده می‌شود، سرورها، دیسک‌های ذخیره‌سازی و دستگاه‌های مختلف جمع‌آوری داده‌ها شامل سخت‌افزار مورد نیاز برای اجرا و پر کردن پایگاه داده می‌شوند.

۲) نرم افزار

این نرم افزار شامل مجموعه وسیعی از برنامه های مورد استفاده برای دسترسی، تغییرات و کنترل پایگاه های داده است. در سطوح پایین‌تر، نرم‌افزار شامل سیستم‌عامل‌هایی است که پایگاه‌های اطلاعاتی روی آن‌ها قرار دارند، شبکه ارتباطی با پایگاه‌های اطلاعاتی و نرم‌افزاری برای دسترسی به داده‌ها می‌باشد.

۳) داده ها

داده ها واقعیت اساسی در مورد یک آیتم یا رویداد است که پایگاه داده می‌تواند ذخیره کند. داده ها برای به دست آوردن معنا و تبدیل شدن به اطلاعات نیاز به پردازش دارند. علاوه بر این، پردازش جزئیات را از داده ها استخراج می‌کند و به رویه های تصمیم گیری کمک می‌کند.

۴) رویه ها (Procedures)

رویه های پایگاه داده شامل تمام عملکردهایی است که در یک ذخیره سازی کار می‌کنند. خواه پشتیبان‌گیری معمولی، تولید گزارش‌ها و سایر عملیات‌های روزمره باشد، رویه‌ها مجموعه دستورالعمل‌هایی هستند که در سیستم مدیریت پایگاه داده اجرا می‌شوند.

۵) زبان دسترسی به پایگاه داده

زبان دسترسی به پایگاه داده زبان برنامه نویسی است که برای درج، به روز رسانی، حذف و اصلاح داده های ذخیره شده در پایگاه داده استفاده می‌شود. پایگاه های داده کوئری‌ها را در زبان دسترسی به پایگاه داده به طور مستقیم اجرا می‌کنند.

سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) چیست؟

یک سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) به عنوان رابط بین کاربر (یا برنامه های کاربردی) و پایگاه داده عمل می‌کند. این برنامه امکان ارتباط مستقیم با پایگاه داده، امکان بازیابی داده‌ها، به روز رسانی، بهینه سازی و مدیریت کلی اطلاعات ذخیره شده در پایگاه داده را فراهم می‌کند.

سرور دیتابیس چیست؟

سرور پایگاه داده یک سرور اختصاصی است که از طریق برنامه های کاربردی پایگاه داده به مشتری خدمات ارائه می‌دهد. یک قسمت از سرور DBMS را ذخیره می‌کند، در حالی که بخشی دیگر خود پایگاه داده را ذخیره می‌کند. معمولاً سرورهای پایگاه داده دارای ظرفیت ذخیره سازی زیاد و حافظه های زیادی هستند.

چرا پایگاه های داده مهم هستند؟

یک سیستم پایگاه داده، داده های ضروری در مورد یک کسب و کار را ذخیره می‌کند: داده ها، هنگامی که تجزیه و تحلیل می‌شوند، به اطلاعات ارزشمندی تبدیل می‌شوند که به فرآیند تصمیم گیری کمک می‌کنند.

به همین ترتیب، یک پایگاه داده به ایجاد یک آرشیو در مورد کسب و کار کمک می‌کند. ذخیره داده‌های مربوط به یک تعامل به ارائه بینشی در مورد اطلاعات کمک می‌کند تا به توسعه بیشتر کسب‌و‌کار و افزایش سودآوری کمک کند.

مزایای استفاده از یک سیستم با دیتابیس چیست؟

• استقلال بین برنامه ها و داده : جداسازی ابرداده از برنامه هایی که از داده استفاده می‌کنند یک ویژگی کلیدی است. ویژگی اصلی پایگاه داده توانایی تغییر و انتقال داده های یک سازمان به یک سیستم کامپیوتری متفاوت بدون تغییر برنامه هایی است که اطلاعات را پردازش می‌کنند.
• افزونگی حداقل داده ها  : پایگاه های داده به چالش تکرار داده ها می‌پردازند. اطلاعات در یک ساختار منطقی ادغام می‌شوند و هر قطعه داده به حداقل می‌رسد. با این حال، پایگاه های داده به طور کامل افزونگی ها را حذف نمی‌کنند. این سیستم به طراح پایگاه داده اجازه می‌دهد تا بسته به مورد استفاده، میزان افزونگی ها را برنامه ریزی کند.

• بهبود اشتراک گذاری داده ها : پایگاه های داده، منبع کسب‌و‌کار هستند که بسیاری از کارمندان و بخش ها از آن استفاده می‌کنند. کاربران داخلی و خارجی خاص، پایگاه داده را اداره می‌کنند و هر فرد یا گروه دیدگاه های تخصصی از داده ها دارد.
•  امنیت داده ها : یک DBMS دارای عملکردهای مدیریتی است که به کنترل امنیت اطلاعات حساس از طریق امتیازات و نقش های کاربر کمک می‌کند.
• افزایش بهره وری توسعه اپلیکیشن توسعه برنامه های جدید به لطف سیستم های پایگاه داده سریعتر می‌شود. یک برنامه نویس می‌تواند بدون نیاز به تعریف داده، روی عملکردهای لازم برای یک برنامه جدید تمرکز کند. یک DBMS به خودکارسازی فعالیت هایی مانند طراحی و پیاده سازی پایگاه داده کمک می‌کند.

چالش های رایج دیتابیس چیست؟ 

پایگاه های داده شامل چالش ها، ریسک ها و هزینه ها در هنگام ساختن سیستم هستند.

آینده دیتابیس چیست؟ 

فناوری بیشترین تأثیر بالقوه بر آینده پایگاه‌های اطلاعاتی دارد. یادگیری ماشینی به خودکارسازی کامل تهیه، مدیریت، تنظیم و ارتقا به پایگاه داده کمک می‌کند. اتوماسیون علاوه بر این به تمرکز بیشتر بر امنیت پایگاه داده کمک می‌کند ، که بزرگترین چالش سیستم ها در آینده است.

منبع: phoenixnap.com