دیتابیس چیست؟ چرا از پایگاه‌های داده استفاده می‌کنیم؟

به زبان ساده، دیتابیس یا پایگاه داده روشی ساختار یافته و سیستماتیک برای ذخیره‌سازی اطلاعات جهت دسترسی، تحلیل، تغییر، به‌روزرسانی و انتقال (به پایگاه‌های داده‌ی دیگر) است.

برای درک ابتدایی پایگاه‌های داده، می‌توان به یک نوت بوک اکسل یا صفحه‌ی گسترده‌ی گوگل (Google Sheet) فکر کرد. این قبیل صفحات گسترده، شکلی ابتدایی از یک جدول هستند. پایگاه‌های داده تقریباً به طور انحصاری بر اساس جداول سازماندهی می‌شوند و این جداول دارای ردیف‌ها و ستون‌هایی هستند. بنابراین، یک پایگاه داده‌ی ساده را می‌توان مجموعه‌ای از صفحات گسترده (یا جداول) در نظر گرفت که به صورت نظام‌مند به یکدیگر پیوسته‌اند.

دیتابیس چیست؟

دیتابیس روشی برای سازماندهی اطلاعات است، بنابراین کاربران می‌توانند به سرعت داده‌ها را هدایت کنند، روندها را شناسایی و اقدامات دیگری را نیز انجام دهند. اگرچه پایگاه داده‌ها ممکن است در قالب‌های مختلفی باشند، اما بیشتر آنها برای راحتی بیشتر بر روی رایانه‌ها ذخیره می‌شوند.

پایگاه داده‌ها بر روی سرورها در محل دفتر سازمان یا در یک دیتا سنتر خارج از سازمان (یا حتی در زیرساخت ابری آن‌ها) ذخیره می‌شوند. پایگاه‌های داده‌ در بسیاری از قالب‌ها به منظور انجام کارهای مختلف با انواع گوناگون داده‌ها وجود دارند.

چرا از پایگاه‌های داده استفاده می‌کنیم؟

پایگاه‌های داده رابطه‌ای اولین بار در دهه 1960 به دنیا معرفی شدند و از آن زمان به عنوان پایه‌ای برای محصولات، تجزیه و تحلیل، فرآیندهای تجاری و موارد دیگر تبدیل شده‌اند. بسیاری از خدماتی که هر روز به صورت آنلاین استفاده می‌کنید (خدمات بانکی، رسانه‌های اجتماعی، خرید، ایمیل) همگی بر روی پایگاه داده ایجاد شده‌اند.

امروزه، دیتابیس‌ها به دلایل زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پایگاه‌های داده، داده‌ها را به طرز کارآمدی نگهداری می‌کنند

ما از پایگاه داده‌ها استفاده می‌کنیم زیرا آنها روشی بسیار کارآمد برای نگهداری حجم وسیعی از داده‌ها و اطلاعات هستند. دیتابیس‌ها در سراسر جهان همه چیز را از تراکنش‌های کارت اعتباری شما تا هر کلیکی که در یکی از حساب‌های رسانه‌های اجتماعی خود انجام می‌دهید ذخیره می‌کنند. با توجه به وجود نزدیک 8 میلیارد نفر در کره زمین، این داده‌ها خیلی زیادی است.

دیتابیس‌ها تراکنش‌های روان را امکان پذیر می‌سازند

پایگاه‌های داده امکان دسترسی به خدمات مختلفی را فراهم می‌کنند که به نوبه خود به شما اجازه می‌دهند تا به حساب‌های خود دسترسی داشته و تراکنش‌هایی را در سراسر اینترنت انجام دهید. به عنوان مثال، صفحه ورود بانکی شما به دیتابیس پینگ می‌کند تا بفهمد که شما رمز عبور و نام کاربری را درست وارد کرده‌اید یا خیر. فروشگاه‌های آنلاین مورد علاقه شما به دیتابیس کارت اعتباری شما پینگ می‌کنند تا وجوه مورد نیاز برای خرید کالاهایی که انتخاب کرده‌اید را کاهش دهند.

دیتابیس اطلاعات را به سرعت به روز رسانی می‌کند

پایگاه‌های داده امکان به روز رسانی آسان و منظم اطلاعات را برای شما فراهم می‌کنند. افزودن یک ویدئو به حساب TikTok ، واریز مستقیم مبلغ به حساب بانکی یا خرید بلیط هواپیما برای تعطیلات بعدی، همه این به روز رسانی‌ها در پایگاه داده ایجاد شده و تقریباً بلافاصله به شما نمایش داده می‌شود.

پایگاه‌های داده تجزیه و تحلیل داده‌ها را ساده می‌کنند

پایگاه‌های داده تحقیق و تجزیه و تحلیل داده‌ها را بسیار آسان می‌کنند زیرا آنها مکان‌های ذخیره سازی ساختار یافته داده‌ها و اطلاعات هستند. به این معنا که کسب‌وکارها و سازمان‌ها زمانی که بدانند داده‌ها چگونه ساختار یافته‌اند، به راحتی می‌توانند پایگاه‌های داده را به آسانی تجزیه و تحلیل کنند. ساختارهای رایج (مانند قالب‌های جدول، ساختارهای سلولی مانند فیلدهای تاریخ یا ارز) و زبان رایج برای جستجوی پایگاه داده(مانند SQL) تجزیه و تحلیل داده را آسان و کارآمد می‌کند.

سیستم مدیریت پایگاه داده چیست؟

سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS)  یک بسته نرم‌افزاری است که ما برای ایجاد و مدیریت پایگاه‌های داده استفاده می‌کنیم. به عبارت دیگر، یک DBMS امکان تعامل واقعی با پایگاه داده را برای کاربران فراهم می‌کند. به عبارت دیگر، DBMS رابط کاربری (UI) است که به ما امکان دسترسی، افزودن، اصلاح و حذف محتوا از پایگاه داده را می‌دهد. انواع مختلفی از سیستم‌های مدیریت پایگاه داده از جمله رابطه‌ای، غیر رابطه‌ای و سلسله مراتبی وجود دارد.

تکامل پایگاه‌های داده

ذخیره سازی اطلاعات چیز جدیدی نیست، اما ظهور کامپیوترها در دهه 1960 نشان دهنده تغییر به سمت اشکال دیجیتالی پایگاه‌های داده بود. Charles Bachman در حالی که با GE کار می‌کرد، فروشگاه‌های داده یکپارچه‌ای را ایجاد کرد و نوید بخش عصر جدیدی از پایگاه‌های داده کامپیوتری شد. طولی نکشید که IBM سیستم مدیریت اطلاعات خودش را که یک پایگاه داده سلسله مراتبی بود را دنبال کرد.

در دهه 1970، Edgar F. Codd از IBM مقاله‌ای منتشر کرد که در آن مزایای پایگاه داده‌های رابطه‌ای را تبلیغ می‌کرد، که منجر به انتشار مدل‌های خود توسط IBM و دانشگاه‌های کالیفرنیا و برکلی شد. در سال‌های بعد مدل‌های رابطه‌ای توسط کسب و کارهایی که مدل‌ها را توسعه دادند و از زبان پرس و جوی ساختار یافته (SQL) استفاده می‌کردند محبوب شدند. با وجود اینکه پایگاه داده‌های شی‌گرا جایگزین شدند، دیتابیس‌های رابطه‌ای به عنوان استاندارد برتر باقی ماندند.

اختراع شبکه جهانی وب منجر به تقاضاهای بیشتری برای پایگاه‌های داده در دهه 1990 شد. پایگاه‌های داده MySQL و NoSQL وارد صحنه شدند و با پایگاه‌های داده تجاری که توسط کسب و کارها توسعه یافته وارد رقابت شدند. پایگاه داده‌های شی گرا شروع به جایگزین شدن با پایگاه داده‌های رابطه‌ای محبوب شدند.

در طول دهه 2000 تا 2010، سازمان‌ها شروع به جمع آوری حجم بیشتری از داده‌ها کردند و بسیاری به مقیاس پذیری ارائه شده توسط پایگاه داده‌های NoSQL روی آوردند. پایگاه داده‌های توزیع شده شیوه دیگری را برای سازماندهی داده‌های در حال گسترش فراهم می‌کند و آنها را در مکان‌های مختلف ذخیره می‌کند.

انواع پایگاه داده‌ها

امروزه انواع مختلفی از پایگاه‌های داده استفاده می‌شود. در ادامه به محبوب‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

1- پایگاه داده سلسله مراتبی

پایگاه داده‌های سلسله مراتبی اولیه ترین شکل از پایگاه‌های داده بودند. شما می‌توانید این پایگاه‌های داده را مانند یک شجره نامه خانوادگی تصور کنید. یک شی والد منفرد (مانند یک جدول) وجود دارد که اشیاء فرزندان (یا جداول) در زیر آنها قرار گرفته‌اند. یک والد می‌تواند یک یا تعداد بیشتری شی فرزند داشته باشد اما یک شی فرزند تنها می‌تواند یک والد داشته باشد. مزیت این پایگاه‌های داده این است که آنها فوق العاده سریع و کارآمد هستند، علاوه بر این، یک رابطه رشته‌ای واضح از یک شی به شی دیگر وجود دارد. نقطه ضعف پایگاه داده‌های سلسله مراتبی این است که آنها به شدت ساختار یافته هستند.

2- پایگاه داده رابطه‌ای

پایگاه داده‌های رابطه‌ای  احتمالاً محبوب‌ترین نوع پایگاه داده‌ها هستند. در پایگاه داده‌های رابطه‌ای اشیاء (مانند جداول) با استفاده از کلیدها به یکدیگر متصل شده‌اند. برای مثال، ممکن است یک جدول با اطلاعات کاربر (نام، نام کاربری، تاریخ تولد، شماره مشتری) و جدول دیگری با اطلاعات خرید (شماره مشتری، کالای خریداری شده، قیمت پرداخت شده) وجود داشته باشد. در این مثال، کلیدی که رابطه را بین جداول ایجاد می‌کند، شماره مشتری است.

3- پایگاه داده‌ غیر رابطه‌ای یا NOSQL

پایگاه داده‌های غیر رابطه‌ای بعد از پایگاه داده‌های رابطه‌ای و پایگاه داده‌های سلسله مراتبی به منظور پاسخ به پیچیدگی‌های روز افزون برنامه‌های وب به وجود آمدند. پایگاه داده‌های غیر رابطه‌ای هر نوع دیتابیس است که از مدل رابطه‌ای استفاده نمی‌کند. همچنین، ممکن است آنها را به عنوان پایگاه داده‌های NoSQL  نیز مشاهده کنید. پایگاه داده‌های غیر رابطه‌ای داده‌ها را به روش‌های مختلف مانند داده‌های غیرساخت یافته، فرمت سند ساخت یافته یا به صورت نمودار ذخیره می‌کند. پایگاه داده‌های رابطه براساس مدلی سخت هستند در حالی که پایگاه داده‌های غیر رابطه‌ای از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار هستند.

4- پایگاه داده‌های ابری

پایگاه داده‌های ابری به اطلاعاتی اشاره دارند که در یک محیط ترکیبی یا ابری در دسترس هستند. همه کاربران برای دستیابی به فایل‌های خود نیاز به اتصال به اینترنت دارند و دستکاری کردن آنها مانند هر پایگاه داده دیگری است. راحتی پایگاه داده ابری این است که ایجاد فضای ذخیره سازی بیشتر به سخت افزار اضافی نیاز ندارند. خود کاربران می‌توانند یک پایگاه داده ابری ایجاد کنند یا اینکه به منظور شروع کار برای خدماتی هزینه پرداخت کنند.

5- پایگاه داده‌های متمرکز

پایگاه داده‌های متمرکز در یک کامپیوتر واحد یا سیستم فیزیکی دیگری قرار دارند. اگرچه ممکن است کاربران از طریق دستگاه‌های متصل به شبکه به داده‌ها دسترسی داشته باشند خود پایگاه داده از یک مکان کار می‌کند. این رویکرد ممکن است برای شرکت‌ها و یا سازمان‌های بزرگی که می‌خواهند امنیت و کارایی را در اولویت قرار دهند بهتر عمل کند.

6- پایگاه داده‌ توزیع شده

پایگاه داده‌های توزیع شده بر روی بیشتر دستگاه‌ها اجرا می‌شود. این می‌تواند به سادگی کار با چندین کامپیوتر بر روی یک سایت یا شبکه‌ای باشد که به دستگاه‌های زیادی متصل است. مزیت این روش این است که اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد، کامپیوترها و دستگاه‌های دیگر به کار خود ادامه می‌دهند.

7- پایگاه داده‌های شی گرا

پایگاه داده‌های شی‌گرا داده‌ها را به عنوان اشیاء و کلاس‌ها قلمداد می‌کنند. اشیاء داده‌های خاصی مانند نام‌ها و ویدئوها هستند در حالی که کلاس‌ها گروه‌هایی از اشیاء است. ذخیره سازی داده‌ها به این معنا است که کاربران مجبور نیستند داده‌ها را در بین جداول توزیع کنند. این امر تعیین رابطه‌ بین متغیرها و آنالیز کردن داده را راحت‌تر می‌کند.

8- پایگاه داده‌ گراف

پایگاه داده‌های گراف روابط بین نقاط مختلف را برجسته می‌کند. در حالی که کاربران در انواع دیگر پایگاه‌های داده ممکن است مجبور به انجام کار اضافی برای تعیین ترندها باشند، اما در پایگاه داده‌های گراف روابط را درست در کنار داده‌های خودشان ذخیره می‌کند. سپس، کاربران بلافاصله می‌توانند نحوه اتصال نقاط داده مختلف به یکدیگر را مشاهده کنند.

اجزای یک پایگاه داده چیست؟

همانطور که در بخش database چیست توضیح داده شد مؤلفه‌های یک پایگاه داده بسته به اینکه پایگاه داده سلسله مراتبی، رابطه‌ای یا غیر رابطه‌ای باشد کمی‌ متفاوت است. با این حال، در اینجا لیستی از مؤلفه‌های پایگاه داده وجود دارد که ممکن است انتظار داشته باشید که با هر پایگاه داده مرتبط باشد.

SCHEMA

شما (SCHEMA) پایگاه داده اساساً طراحی پایگاه داده است. یک SCHEMA مراحل مفهومی‌ اولیه از ساخت یک پایگاه داده است. آن همچنین منبع با ارزشی از اطلاعات در حال پیشرفت برای افرادی است که می‌خواهند طراحی پایگاه داده را درک کنند.

محدودیت‌ها و قوانین

پایگاه‌های داده از محدودیت‌هایی استفاده می‌کنند تا مشخص کنند چه نوع جداولی را می‌توان ذخیره کرد و چه نوع داده‌هایی را می‌توان در ستون‌ها یا ردیف‌های جداول پایگاه داده قرار داد. این محدودیت‌ها مهم هستند زیرا آنها تضمین می‌کند که داده‌ها ساختار یافته‌ هستند، کمتر توسط ساختار داده‌های غیر مجاز خراب می‌شوند و پایگاه داده تنظیم شده است تا کاربران بدانند چه چیزی را انتظار داشته باشند. این محدودیت‌ها همچنین دلیلی بر این هستند که چرا پایگاه‌های داده را سخت و سفت در نظر می‌گیرند.

متادیتا

متادیتا اساساً داده‌ درباره داده هستند. هر پایگاه داده یا شی دارای متاداده است که نرم افزار پایگاه داده، به منظور اینکه بفهمد چه چیزی در پایگاه داده وجود دارد آنها را می‌خواند. شما می‌توانید متا دیتاها را به عنوان طراحی شمای پایگاه داده و محدودیت‌های ترکیب شده با هم در نظر بگیرید تا ماشین بداند که پایگاه داده از چه نوعی است و چه اقداماتی را می‌توان بر روی پایگاه داده انجام داد.

زبان کوئری

برای هر پایگاه داده می‌توان کوئری‌هایی نوشت. در این مورد، کوئری به معنای این است که افراد یا خدمات می‌توانند به پایگاه داده دسترسی داشته باشند. این کوئری از طریق یک زبان یا قطعه کد خاص انجام می‌شود. رایج‌ترین زبان کوئری SQL (Structured Query Language) است اما بسیاری از زبان‌های دیگر و حتی تغییرات SQL مانند MySQL، Presto و Hive نیز وجود دارند.

اشیاء

هر پایگاه داده مجموعه‌ای از اشیاء است. انواع مختلفی از اشیاء مانند جداول، دیدها، ایندکس‌ها، توالی‌ها و synonyms در دیتابیس وجود دارد. شناخته شده‌ترین آنها جداول هستند که مانند صفحات گسترده هستند که داده‌ها را به صورت ردیفی و ستونی ذخیره می‌کنند. همچنین، ممکن است اصطلاح object instance را بشنوید که به طور ساده یک نمونه یا عنصر از یک شی است. به عنوان نمونه، جدولی که در پایگاه داده Transactions نامیده می‌شود نمونه‌ای از جدول از نوع شی است.

مزایای دیتابیس

ماهیت ساختار یافته پایگاه‌های داده طیف وسیعی از مزایا را برای کاربران حرفه‌ای و معمولی به طور یکسان ارائه می‌دهد. در زیر برخی از مزایای برجسته‌تر پایگاه داده آورده شده است:

• به اشتراک گذاری و مدیریت داده‌ها بهبود یافته است
• ظرفیت ذخیره سازی داده‌ها بهبود یافته است
• یکپارچگی داده و امنیت داده بهبود یافته است
• تناقض داده‌ها کاهش یافته
• دسترسی سریع به داده ها
• بهره وری بیشتر
• بهبود تصمیم گیری مبتنی بر داده‌ها

معایب پایگاه داده

اگرچه پایگاه‌های داده می‌توانند بسیار مفید باشند، اما محدودیت‌هایی نیز دارند که قبل از سرمایه گذاری در دیتابیس باید آنها را در نظر بگیرید:

• هزینه بالا
• پیچیدگی بالا
• نیازمند کارمندان متخصص برای مدیریت پایگاه داده
• خطر خرابی پایگاه داده

کاربردهای پایگاه‌های داده

در صورت استفاده صحیح، پایگاه داده می‌تواند ابزار مفیدی برای سازمان‌های صنایع مختلف باشد که به دنبال نظم دادن به اطلاعات خود هستند. از جمله رایج ترین موارد استفاده از دیتابیس عبارتند از:

• مراقبت‌های بهداشتی: ذخیره حجم زیادی از داده‌های بیماران
• لجستیک: نظارت و تجزیه و تحلیل اطلاعات مسیر و وضعیت تحویل بسته‌ها
• بیمه: ذخیره اطلاعات مشتریان مانند آدرس، جزئیات بیمه نامه و سابقه راننده
• مالی: رسیدگی به جزئیات حساب، فاکتورها، اطلاعات سهام و سایر دارایی‌ها
• تجارت الکترونیک: گردآوری و تنظیم داده‌های محصولات و رفتار مشتری
• حمل و نقل: ذخیره اسامی ‌مسافران، پروازهای برنامه ریزی شده و وضعیت ورود.
• ساخت: پیگیری وضعیت ماشین آلات و اهداف تولید
• بازاریابی: جمع آوری داده‌ها در مورد جمعیت، عادات خرید و بازدید از وب سایت.
• آموزش: ردیابی نمرات دانش آموزان، برنامه دوره‌ها و موارد دیگر.
• منابع انسانی: سازماندهی اطلاعات پرسنل، مزایا و اطلاعات مالیاتی.

جمع بندی؛ آینده پایگاه‌های داده

از آنجایی که سازمان‌ها حجم فزاینده‌ای از داده‌ها را مدیریت می‌کنند، پایگاه‌های داده باید بتوانند که آنها را حفظ کنند. کاربران انتظار دارند که پایگاه‌های اطلاعاتی در سراسر جهان قابل دسترس باشند و بتوانند حجم نامحدودی از داده‌ها را مدیریت کنند. در نتیجه، این احتمال وجود دارد که شرکت‌های بیشتری داده‌های خود را به محیط ابری منتقل کنند. درصد داده‌های ذخیره شده در فضای ابری در بین سال‌های 2015 تا 2022 دو برابر شده است و دلایلی وجود دارد که نشان می‌دهد این درصد در سال‌های آینده افزایش خواهد یافت.

با افزایش داده‌ها، تهدیدات امنیت سایبری نیز افزایش یافته است، بنابراین می‌توان انتظار داشت که سازمان‌ها محیط‌های ابری خود را با اقدامات امنیتی تقویت شده تکمیل کنند. پایگاه‌های داده برای کارکنان مجاز به راحتی در دسترس خواهد بود در صورتی که شرکت‌ها از طریق ابزارها و بهترین شیوه‌ها داده‌های خود را از دست افراد خلافکار دور نگه دارند.

سؤالات متداول

تفاوت بین دیتابیس و صفحه گسترده چیست؟

صفحات گسترده داده‌ها را در ردیف‌ها و ستون‌ها سازماندهی می‌کنند و هر سلول جداگانه داده‌های واقعی را در خود جای می‌دهد. دیتابیس‌ها از ردیف‌ها و ستون‌هایی استفاده می‌کنند اما هر سلول دارای رکوردی از داده‌های جمع آوری شده از یک جدول خارجی است. بنابراین، پایگاه‌های داده روش‌های بیشتری را برای چیدمان و ساختاردهی اطلاعات در مقایسه با صفحات گسترده ارائه می‌دهند.

پرکاربردترین نوع پایگاه داده چیست؟

رایج‌ترین نوع دیتابیس مورد استفاده دیتابیس رابطه‌ای است.