آموزش پایگاه داده

پایگاه داده چیست

اطلاعات از واحدهای مشخصی با نام داده تشکیل شده‌اند. داده‌ها انواع مختلفی دارند که با دسته‌بندی و پردازش کارآمد می‌توانند اطلاعات مفیدی را در اختیار کاربران قرار دهند. پایگاه داده، دیتابیس یا بانک اطلاعاتی مجموعه‌ای از داده‌های ساختاریافته است که در یک قالب خاص ذخیره شده و دست‌یابی، کنترل و به‌روزرسانی اطلاعات را برای کاربر راحت می‌کند.

مفهوم پایگاه داده برای از بین بردن مشکلات مربوط به طراحی، ساخت و نگهداری از اطلاعات حجیم مربوط به یک سیستم اطلاعاتی به وجود آمده است. همزمان با این مفهوم، سیستم‌های مدیریت پایگاه داده هم رشد کرده و روی کار آمده‌اند.

سیستم مدیریت پایگاه داده چیست

پایگاه داده و سیستم مدیریتی پایگاه داده وجه اشتراکات زیادی با هم دارند. برای اینکه به خوبی هر دو مفهوم را درک کنید، باید اطلاعات جامعی درباره آن‌ها به دست آورید.

سیستم مدیریت پایگاه داده یا همان DBMS مجموعه‌ای از نرم‌افزارهای سیستمی است که به صورت یک‌پارچه تعبیه شده‌اند. کاربران می‌توانند از طریق این نرم‌افزارها به یک یا چند پایگاه داده متصل شوند و اطلاعات مورد نیاز خود را از آن‌ها به دست آورند.

استفاده از سیستم مدیریت پایگاه داده برای مدیریت و سازمان‌یابی اطلاعات از اهمیت زیادی برخوردار است. این نرم‌افزارها عملکردهای مختلفی را برای کاربران خود فراهم می‌آورند؛ از جمله مهم‌ترین عملکردهای این سیستم می‌توان به ورود، ذخیره‌سازی و بازیابی اطلاعات اشاره کرد.

مفاهیم اصلی در پایگاه داده چیست؟

برای اینکه بتوانید با پایگاه داده به خوبی آشنا شوید، بهتر است ابتدا مفاهیم آن را دریابید. چهار مفهوم اصلی در پایگاه داده وجود دارد که عبارتند از:

•  تعریف داده‌ها: تعاریفی که مرتبط با ایجاد، ویرایش یا حذف داده در یک سازمان هستند در این بخش مشخص می‌شوند.
• به‌روزرسانی داده‌ها: درج اطلاعات، ویرایش و حذف آن‌ها در دسته به‌روزرسانی قرار می‌گیرند.
• بازیابی داده‌ها: اطلاعات باید به‌گونه‌ای ارائه شوند که کاربر بتواند از آن‌ها به طور مستقیم برای پردازش توسط برنامه‌های کاربردی دیگر استفاده کند. داده‌هایی که بازیابی می‌شوند، می‌توانند به همان شکلی که ذخیره می‌شوند، در پایگاه داده قرار بگیرند. همچنین ممکن است این داده‌ها ابتدا دچار تغییر و تحولاتی شده، سپس در یک قالب جدید به وجود آیند.
• مدیریت داده‌ها: مدیریت داده‌ها موارد زیادی را شامل می‌شود؛ نظارت بر کاربران، نظارت بر عملکرد اعضای مختلف، حفظ امنیت داده‌ها، حفظ تمامیت داده‌ها، خرید و فروش اطلاعات، رسیدگی به عملیات مربوط به پردازش اطلاعات از جمله عملکردهای بخش مدیریت است.

انواع پایگاه داده کدامند

پایگاه داده ها نمونه‌های متفاوتی دارند که با توجه به نیاز هر کسب‌وکار یا هر فرد، یکی از انواع دیتابیس را می‌توان استفاده کرد. پرکاربردترین دیتابیس‌ها عبارتند از:

• پایگاه داده توزیع‌شده: این نوع پایگاه داده از دو یا چند دیتابیس در کامپیوترهای مختلف تشکیل شده است. مجموع این پایگاه داده‌ها به عنوان یک پایگاه داده واحد در برنامه‌ها ظاهر می‌شود. در واقع درست است که اطلاعات به صورت متمرکز و یکپارچه در یک دیتابیس ذخیره نشده‌اند، اما دیتابیس توزیع‌شده از دید کاربر یک‌پارچه به نظر می‌رسد.
• پایگاه داده شخصی: افراد، گروه‌ها و سازمان‌ها می‌توانند داده‌های خود را در یک پایگاه داده شخصی ذخیره کنند. این نوع پایگاه داده در رایانه‌های شخصی استفاده می‌شود و به راحتی قابل کنترل و دسترسی است.
• پایگاه داده رابطه‌ای: مدل رابطه ای پایگاه داده از یک سری جدول تشکیل شده است که داده‌ها را در آن‌ها ذخیره و طبقه‌بندی می‌کنند. هر جدول در این پایگاه داده تعدادی سطر و ستون دارد. موجودیت‌ها در ستون قرار می‌گیرند و هر سطر آن یک داده مرتبط با آن موجودیت را در خود جای می‌دهد.
• پایگاه داده شی گرا: پایگاه داده شی گرا ترکیبی از مدل رابطه ای در پایگاه داده و برنامه‌نویسی شی‌گراست. این مدل از انواع داده‌ها پشتیبانی کرده و اطلاعات را به‌جای داده، به صورت شی سازمان‌دهی می‌کند. اشیایی که در این دیتابیس ذخیره می‌شوند، ویژگی‌هایی دارند که نحوه استفاده از آن‌ها را مشخص می‌کند. از جمله دیتابیس‌های شی‌گرا می‌توان PostgreSQL را نام برد.
• پایگاه داده NoSQL: پایگاه داده NoSQL به منظور ذخیره و مدیریت مجموعه‌های بسیاری از داده‌های توزیع‌شده به کار گرفته می‌شود. این دیتابیس‌ها با جداول سروکار ندارند؛ از همین جهت به آن‌ها دیتابیس‌های غیر رابطه‌ای هم می‌گویند. از پایگاه داده NoSQL اغلب برای مدیریت کلان‌داده‌ها استفاده می‌کنند.
• پایگاه داده ابری: پایگاه داده ابری بر پایه فناوری رایانش ابری و متناسب با فضای ذخیره سازی ابری طراحی شده است. این مدل‌ها امکان ایجاد دیتابیس روی محیط ابری با هزینه مقرون به صرفه و مقیاس‌پذیری بالا فراهم می‌کند. امکان دسترسی به دیتابیس‌های ابری در هر ساعت از شبانه روز وجود دارد و اطلاعات را می‌توان به صورت نامحدود روی آن ذخیره کرد.
• پایگاه داده OLTP: این مدل دیتابیس‌ها برای محیط‌هایی با دسترسی چندگانه استفاده می‌شوند. این پایگاه داده‌ها را می‌توان برای حفظ یک‌پارچگی داده‌ها و پردازش سریع اطلاعات به کار برد. پایگاه داده OLTP برای شرکت‌های فروش بلیط و بانک مناسب است.
• پایگاه داده گراف: گراف‌ها از تعدادی نقطه و خط تشکیل می‌شوند. در پایگاه داده گراف هم تعدادی نقطه و خط وجود دارد که نقطه‌ها نشان‌دهنده موجودیت و خط‌ها نشان‌دهنده رابطه بین آن‌ها هستند. این مدل پایگاه داده بیشتر در بررسی و تحلیل ارتباطات کاربرد دارد.

محبوب‌ترین پایگاه داده‌ها کدامند؟

حال که با انواع پایگاه داده‌ها آشنا شدید، بهتر است درمورد محبوب‌ترین پایگاه داده‌های جهان هم بدانید. دو پایگاه داده sql و NoSQL به ترتیب دو پایگاه داده رابطه‌ای و غیررابطه‌ای هستند. علاوه بر این دو پایگاه داده‌های دیگری هم وجود دارد که به آن می‌پردازیم.

Oracle

اراکل یکی از مشهورترین و بهترین دیتابیس‌ها به حساب می‌آید که اولین بار در دهه 70 میلادی منتشر شده است. این پایگاه داده با استفاده از فضای ابری تولید شده و قابلیت قرارگیری روی یک یا چند سرور را دارد. اراکل می‌تواند میلیاردها داده را ثبت و مدیریت کند. آخرین نسخه‌های این پایگاه داده با داشتن قابلیت grid framework روی سرورهای فیزیکی و منطقی فعالیت دارد. این نسخه‌ها امنیت بسیار پیشرفته‌ای هم دارد.

MySQL

MySQL از دیگر معروف‌ترین و بهترین دیتابیس‌های جهان است. این پایگاه داده رایگان بوده و مدام به‌روزرسانی می‌شود. نسخه‌هایی از این پایگاه داده وجود دارد که به صورت پولی در اختیار کاربر قرار می‌گیرد و قابلیت‌های بیشتر و متنوع‌تری دارد. البته نسخه‌های رایگان MySQL هم تمرکز ویژه‌ای روی سرعت و قابلیت دارد. در این پایگاه داده کاربر می‌تواند کاربرد را تغییر دهد و آن را مدیریت کند. این قابلیت از Storage engineهای مختلفی که این پایگاه داده دارد، ناشی می‌شود.

Microsoft SQL Server

Microsoft SQL server یکی دیگر از بهترین پایگاه های داده است که روی سرورهای ابری و محلی اجرا می‌شود. حتی کاربر می‌تواند تنظیمات آن را طوری قرار دهد که از هر دو مدل آن بتواند استفاده کند. این پایگاه داده هم برای لینوکس و هم ویندوز طراحی می‌شود. Microsoft SQL server با داشتن قابلیت temporal data این اجازه را به کاربر می‌دهد که که تغییرات داده‌ها را در طول زمان زیر نظر بگیرند. از نظر امنیتی این پایگاه داده دارای قابلیت dynamic data masking است که اطلاعات مهم را تنها به کاربرانی نشان می‌دهد که پیام اجازه را دریافت کرده باشند.

DB2

پایگاه داده DB2 محصول شرکت بزرگ IBM است. این دیتابیس قابلیت اجرا تنها روی سیستم‌عامل‌های لینوکس، یونیکس، ویندوز و رایانه‌های بزرگ را دارد و عملکرد آن روی هاست IBM بسیار ایده‌آل است. از جمله کاربردهای این پایگاه داده می‌توان به ذخیره‌سازی، پردازی و استخراج داده‌های سنگین و همچنین قابلیت دسترسی آسان اشاره کرد.

Microsoft Access

این پایگاه داده یکی از زیرشاخته‌های Microsoft Office است که از مدل رابطه‌ای در پایگاه داده استفاده می‌کند. این پایگاه داده تنها از ویندوز پشتیبانی می‌کند و برای پروژه‌های بزرگ چندان مناسب نیست. 

PostgreSQL

یکی از بهترین پایگاه داده‌های رایگان PostgreSQL است. کار با داده‌های ساختاریافته و غیرساختاریافته در این پایگاه داده بسیار راحت است. PostgreSQL از اکثر پلتفرم‌های مشهور و پرکاربرد پیشتیبانی کرده و در محیط‌های مجازی، فیزیکی و ابری فعالیت می‌کند.

سایر پایگاه‌های داده

علاوه‌بر موارد ذکر شده، پایگاه‌های داده‌های مشهور دیگری هم وجود دارند که در دنیای امروز بسیار پرکاربردند. MonogoDB، Cassandra، Elasticsearch، BigData، Neo4j، aerospike و غیره اشاره کرد.

انواع معماری پایگاه داده کدامند

انواع پروژه پایگاه داده را می‌توان با توجه به معماری خاص خود انجام داد. کارشناس پایگاه داده با مهارت و توانایی‌های خود باید بتواند بهترین مدل و مناسب‌ترین معماری را برای حوزه مربوطه طراحی کند. انتخاب معماری مناسب در افزایش سرعت و کارایی عملکردی پایگاه داده بسیار تاثیرگذار است.

انواع معماری پایگاه داده عبارتند از:

• سیستم‌های متمرکز
• سیستم‌های مشتری/ خدمتگزار
• سیستم‌های موازی
• سیستم‌های توزیع‌شده

اجزای اصلی پایگاه داده چیست؟

اولین گام در آموزش پایگاه داده شناسایی اجزای اصلی آن است. هرگاه این اجزا به درستی در کنار هم قرار گرفتند، یک پایگاه داده به خوبی کار می‌کند. اجزای دیتابیس عبارتند از:

• سخت افزار: از عناصر پردازشی پایگاه داده می‌توان به سخت‌افزارها اشاره کرد. این سخت‌افزارها با توجه به نیاز هر پایگاه داده ممکن است متفاوت باشد. سخت‌افزارهای ذخیره‌سازی داده، سخت‌افزارهای ارتباطی، سخت‌افزارهای جانبی از جمله این عناصر پردازشی هستند.
• نرم‌افزار: راه برقراری ارتباط با پایگاه داده نرم‌افزار است. نرم‌افزارها دقیقا مانند پل ارتباطی عمل می‌کنند. نرم‌افزارها شامل سیستم‌عامل‌ها، نرم‌افزارهای ارتباطی شبکه، نرم‌افزار مدیریت پایگاه داده، برنامه‌ها و اپلیکیشن‌ها می‌شوند.
• کاربر: تمام کسانی که به هر روشی با پایگاه داده ارتباط برقرار می‌کند، یک کاربر برای آن محسوب می‌شود. برنامه‌نویسان (DBP)، طراحان پایگاه داده (DBD)، مدیر پایگاه داده (DBA) و کاربران نهایی (End Users) در دسته کاربر قرار می‌گیرند.

برنامه‌نویس‌ها ساختار پایگاه داده را طراحی می‌کنند.

طراحان پایگاه داده با استفاده از زبان‌های مختلف مانند SQL پایگاه‌های داده را ایجاد می‌کنند.

مدیر پایگاه داده با دانش مدیریت اطلاعاتی خود به مدیریت پایگاه داده می‌پردازند.

کاربران نهایی هم کسانی هستند که از داده‌های دیتابیس استفاده می‌کنند.

ساختار پایگاه داده چگونه است؟

از دیگر پیش‌نیازهای آموزش دیتابیس آشنایی با ساختار کلی پایگاه داده است. برای طراحی یک پایگاه داده آشنایی با موارد زیر ضروری است:

• جدول (table): هر پایگاه داده از یک یا چند جدول تشکیل می‌شود. این جدول‌ها وظیفه نگهداری از گروه‌های خاص اطلاعاتی را برعهده دارند.
• ستون یا ویژگی (Column or Attribute): ستون‌ها برای مشخص کردن ویژگی یا مقادیر خاصی از اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال ممکن است یک ستون برای نگهداری اطلاعات فردی مانند نام، نام خانوادگی یا تاریخ تولد و غیره طراحی شده باشد.
• ردیف یا سطر (Row): سطرهای موجود در یک جدول داده‌ای را رکورد می‌گویند. رکوردها معمولا ویژگی‌هایی را شامل می‌شوند که برای ستون موردنظر تعریف شده‌اند. مثلا اطلاعات مربوط به نام یک کاربر یک رکورد از یک ستون در جدول کاربران است.
• نوع (Type): بعضی از ستون‌های یک دیتابیس ممکن است به یک فرمت خاص نیاز داشته باشند. مثلا ممکن است داده‌های یک ستون تنها با فرمت رشته (string) تعریف شده باشند.
• موجودیت (Entity): موجودیت همان مفهوم اصلی است که قرار است در رابطه با آن پایگاه داده ساخته شود. مثلا مشتری‌های یک سازمان، موجودی انبار و غیره می‌توانند موجودیت‌های یک پایگاه داده باشند که ویژگی‌های خاصی دارند.
• کلیدها: یک یا چند ستون در جدول پایگاه داده را به عنوان کلید درنظر می‌گیرند. کلیدها شاخص‌های یکتایی هستند که به منظور‌های مختلف استفاده می‌شوند. انواع کلید در پایگاه داده عبارت است از: کلید اصلی، کلید کاندید، کلید مرکب، کلید یکتا، کلید خارجی. 

کاربرد پایگاه داده چیست؟

دنیای شلوغ و پراطلاعات امروز نیازمند پایگاه داده است تا بتواند داده‌ها و اطلاعات را به خوبی سازماندهی کند. کاربرد پایگاه داده امروزه به شدت ملموس و واضح است. اساس پایگاه داده‌ها بر پایه چهار عمل اصلی قرار دارد:

• دریافت
• ذخیره
• جستجو
• گزارش‌دهی

این چهار عمل باعث می‌شود که پایگاه‌های داده کاربردهای متنوعی در تمام صنایع داشته باشند. از جمله این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ثبت اطلاعات مشتریان، محصولات و فاکتورهای خرید و فروش
• ثبت‌نام دانشجویان یک دانشگاه، انتخاب واحد و ثبت نمره آنان در دانشگاه‌ها و مراکز آموزشی
• انجام تراکنش‌های متنوع بانکی
• ثبت اطلاعات پرواز خطوط هوایی، رزرو و زمان‌بندی آن‌ها
• ثبت اطلاعات حقوقی کارمندان همراه با کسر مالیاتی در سازمان‌ها و شرکت‌های مختلف

از دیگر کاربردهای مهم پایگاه داده می‌توان به استفاده از آن‌ها در سایت‌ها و نرم‌افزارها اشاره کرد:

• دیجی‌کالا یک پایگاه داده بزرگ از اطلاعات محصولاتش دارد.
• نرم‌افزارهایی مانند اسنپ یا تپسی پایگاه داده‌ای از اطلاعات راننده‌ها دارد.
• سیستم‌های مدیریت باشگاه یا مدرسه پایگاه داده‌ای از اعضا و مشتریان خود دارد.

نرمال سازی پایگاه داده چیست

یکی از مسائلی که ممکن است در استفاده از پایگاه داده به وجود بیاید، افزونگی داده‌هاست. این افزونگی می‌تواند باعث به وجود آمدن تضاد بین داده‌ها شود و استخراج آن‌ها را با مشکل روبه‌رو کند. برای جلوگیری از افزونگی از نرمال سازی در پایگاه داده استفاده می‌شود.

وابستگی از دیگر مسائلی است که ارتباط تنگانگی با افزونگی دارد و باید به آن توجه ویژه‌ای شود. یکی از رایج‌ترین وابستگی‌ها، وابستگی تابعی در پایگاه داده است. وابستگی تابعی اینگونه تعریف می‌شود: اگر A و B دو صفت در رابطه R باشند، وابستگی تابعی زمانی برقرار است که برای تمامی رابطه‌ها در R به ازای هر مقدار A فقط یک مقدار B وجود داشته باشد.

بنابراین هر متخصص پایگاه داده برای جلوگیری از بروز خطاها با مهارت نرمال سازی پایگاه داده به خوبی آشنایی داشته باشد.