پایگاه داده (Database) چیست؟

پایگاه داده چیست؟

پایگاه داده مجموعه‌ای سیستماتیک از داده‌ها است که به صورت الکترونیکی ذخیره می‌شود. می‌تواند شامل هر نوع داده‌ای، از جمله کلمات، اعداد، تصاویر، ویدیوها و فایل‌ها باشد. می‌توانید از نرم‌افزاری به نام سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) برای ذخیره، بازیابی و ویرایش داده‌ها استفاده کنید. در سیستم‌های کامپیوتری، کلمه “پایگاه داده” می‌تواند به هر DBMS، سیستم پایگاه داده یا برنامه‌ای مرتبط با پایگاه داده نیز اشاره داشته باشد.

چرا پایگاه داده مهم است؟

یک پایگاه داده با عملکرد بالا برای هر سازمانی حیاتی است. پایگاه‌های داده از عملیات داخلی شرکت‌ها پشتیبانی کرده و تعاملات با مشتریان و تامین‌کنندگان را ذخیره می‌کنند. آن‌ها همچنین اطلاعات اداری و داده‌های تخصصی‌تری مانند مدل‌های مهندسی یا اقتصادی را نگهداری می‌کنند. نمونه‌هایی از آن‌ها شامل سیستم‌های کتابخانه دیجیتال، سیستم‌های رزرو سفر و سیستم‌های موجودی است. دلایل اهمیت پایگاه‌های داده در زیر آمده است:

• مقیاس‌پذیری کارآمد:
  • برنامه‌های کاربردی پایگاه داده می‌توانند مقادیر زیادی از داده‌ها را مدیریت کرده و به میلیون‌ها، میلیاردها و بیشتر مقیاس‌بندی شوند. ذخیره این مقدار داده دیجیتال بدون پایگاه داده غیرممکن است.
• یکپارچگی داده:
  • پایگاه‌های داده اغلب دارای قوانین و شرایط داخلی برای حفظ سازگاری داده‌ها هستند.
• امنیت داده:
  • پایگاه‌های داده از الزامات حریم خصوصی و انطباق مرتبط با هر داده‌ای پشتیبانی می‌کنند. برای مثال، برای دسترسی به پایگاه داده، کاربران باید وارد سیستم شوند. کاربران مختلف نیز ممکن است سطوح دسترسی متفاوتی مانند دسترسی فقط خواندنی داشته باشند.
• تحلیل داده:
  • سیستم‌های نرم‌افزاری مدرن از پایگاه‌های داده برای تجزیه و تحلیل داده‌ها استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها می‌توانند روندها و الگوها را شناسایی کرده یا پیش‌بینی‌هایی^۱ انجام دهند. تحلیل داده به سازمان کمک می‌کند تا با اطمینان تصمیمات تجاری بگیرد.

انواع پایگاه‌های داده کدامند؟

می‌توانید پایگاه‌های داده را بر اساس مورد استفاده، نوع داده و روش ذخیره‌سازی داده آن‌ها طبقه‌بندی کنید. در اینجا سه نمونه از روش‌های طبقه‌بندی پایگاه‌های داده آورده شده است:

• بر اساس محتویات آن‌ها، مانند متن سند، آمار یا اشیاء چندرسانه‌ای
• بر اساس حوزه کاربرد آن‌ها، مانند حسابداری، فیلم یا تولید
• بر اساس جنبه‌های فنی آن‌ها، مانند ساختار پایگاه داده یا نوع رابط

مدل پایگاه داده چیست؟

مدل پایگاه داده ساختار منطقی یک پایگاه داده را نشان می‌دهد. روابط و قوانینی را که تعیین می‌کنند چگونه داده‌ها ذخیره، سازماندهی و دستکاری شوند، تعریف می‌کند. هر برنامه کاربردی پایگاه داده بر اساس یک مدل داده خاص ساخته می‌شود. مدل‌های پایگاه داده فردی بر اساس قوانین و مفاهیم مدل داده گسترده‌تری که برنامه کاربردی زیربنایی اتخاذ می‌کند، طراحی می‌شوند.

پایگاه‌های داده چگونه تکامل یافتند؟

اولین پایگاه‌های داده نوارهای مغناطیسی با رکوردهای داده‌ای ذخیره شده به صورت متوالی بودند. پایگاه‌های داده با پیشرفت فناوری به تکامل خود ادامه دادند. آن‌ها اکنون به سیستم‌های پیچیده و با عملکرد بالا با حوزه مطالعه اختصاصی خود تبدیل شده‌اند. بیایید نگاهی به نحوه تکامل مدل‌های داده بیندازیم.

• پایگاه داده سلسله مراتبی:
  • پایگاه‌های داده سلسله مراتبی در دهه ۱۹۷۰ محبوب شدند. به جای ذخیره رکوردهای داده به صورت متوالی، آن‌ها را در یک ساختار درختی نگهداری می‌کردند و رابطه والد-فرزندی بین دو فایل ایجاد می‌کردند. برای مثال، برای ایجاد یک سیستم پایگاه داده برای یک فروشگاه خرده‌فروشی مبلمان، می‌توانید “اتاق خواب” را به عنوان یک رکورد والد با “تخت”، “میز کنار تخت” و “کمد لباس” به عنوان رکوردهای فرزند تعریف کنید. رکورد “تخت” می‌تواند رکوردهای فرزند بیشتری مانند “تخت یک نفره”، “تخت دو نفره”، “تخت کوئین” و غیره داشته باشد. متأسفانه، مدل داده سلسله مراتبی پیاده‌سازی پیچیده‌ای داشت و نمی‌توانست روابط چند والد-فرزندی را بدون تکرار قابل توجه داده‌ها مدیریت کند.
• پایگاه داده شبکه‌ای:
  • یکی دیگر از پایگاه‌های داده اولیه، مدل داده شبکه‌ای، به یک رکورد فرزند اجازه می‌داد چندین رکورد والد داشته باشد و بالعکس. بنابراین در مثال فروشگاه مبلمان، اگر دو رکورد والد، “اتاق خواب” و “اتاق کودک” داشتید، هر دو می‌توانستند به رکورد فرزند “کمد لباس” پیوند داده شوند.
• پایگاه داده رابطه‌ای:
  • در دهه ۱۹۸۰، پایگاه داده رابطه‌ای به دلیل بهره‌وری، انعطاف‌پذیری و سازگاری با سخت‌افزار سریع‌تر، به عنوان یک مدل سازمانی محبوب ظهور کرد. پایگاه‌های داده رابطه‌ای رکوردها را به عنوان چندین جدول به جای لیست‌های پیوندی سازماندهی می‌کردند.
  • در یک مدل پایگاه داده رابطه‌ای، هر دسته دارای یک جدول است، با ویژگی‌های دسته به عنوان ستون‌ها و رکوردهای داده به عنوان ردیف‌ها. برای مثال، می‌توانید فروشگاه خرده‌فروشی مبلمان را به عنوان مجموعه‌ای از جداول مدل‌سازی کنید—اتاق‌ها و مبلمان. جداول توسط ستون‌ها—شماره اتاق و نام مبلمان به هم پیوند داده می‌شوند. هر دوی این ستون‌ها کلیدهای اصلی نیز نامیده می‌شوند.
• پایگاه داده شیءگرا:
  • پایگاه‌های داده شیءگرا در دهه ۱۹۹۰ در پاسخ به ظهور برنامه‌نویسی شیءگرا تکامل یافتند. برنامه‌نویسان و طراحان شروع به رفتار با داده‌های موجود در پایگاه‌های داده خود به عنوان اشیاء کردند. برای مثال، می‌توانید ویژگی‌های یک صندلی، مانند رنگ و اندازه، را به یک “شیء داده صندلی” نگاشت کنید. این شیء یک نمایش مجازی از صندلی دنیای واقعی در پایگاه داده شیءگرا است.
• پایگاه داده NoSQL:
  • SQL یک زبان پرس و جو است که برای بازیابی، دسترسی و ویرایش داده ها در پایگاه های داده رابطه ای استفاده می شود. NoSQL نشان دهنده نقطه مقابل است، مکانیزم پایگاه داده ای که از روابط جدولی در مدل سازی داده استفاده نمی کند. پایگاه های داده NoSQL در آغاز قرن بیست و یکم زمانی که محاسبات خوشه ای و معماری های پایگاه داده توزیع شده ظاهر شدند، ایجاد شدند. معماری های توزیع شده یک پایگاه داده بزرگ را در چندین دستگاه ذخیره سازی زیربنایی ذخیره می کنند. این ترتیب مقیاس بندی افقی نامیده می شود. مکانیزم های نرم افزاری مورد استفاده در NoSQL سرعت بالا، عدم نیاز به طرحواره های جدول ثابت، توانایی ذخیره داده های تکراری یا گروه بندی شده و توانایی مقیاس بندی افقی هستند.

پایگاه‌های داده مدرن کدامند؟

پایگاه‌های داده مورد استفاده امروز برای مقیاس‌بندی عمودی و افقی تکامل یافته‌اند. آن‌ها می‌توانند داده‌های عظیمی را در فضای ابری ذخیره کرده و رابط‌های نرم‌افزاری پیشرفته‌ای را برای یادگیری ماشین و سایر تحلیل‌های داده ارائه دهند.

• پایگاه داده ابری:
  • یک پایگاه داده ابری معمولاً روی یک پلتفرم محاسبات ابری اجرا می‌شود. دو مدل استقرار استاندارد وجود دارد: کاربران می‌توانند پایگاه‌های داده را به طور مستقل در فضای ابری اجرا کنند یا دسترسی را از یک ارائه‌دهنده پایگاه داده ابری خریداری کنند. پایگاه‌های داده ابری می‌توانند از مدل‌های داده SQL و NoSQL پیروی کنند.
• پایگاه داده گرافی:
  • پایگاه‌های داده گرافی مفید هستند زیرا روابط بین رکوردهای داده‌ای مختلف را در اولویت قرار می‌دهند. آن‌ها برای ذخیره و پیمایش روابط ساخته شده‌اند. یک پایگاه داده گرافی از گره‌ها و لبه‌ها تشکیل شده است. گره‌ها اشیاء داده را ذخیره می‌کنند و لبه‌ها روابط بین اشیاء را ذخیره می‌کنند. یک لبه همیشه دارای یک گره شروع، گره پایان، نوع و جهت است. می‌تواند روابط والد-فرزندی، اقدامات و مالکیت را شرح دهد. هیچ محدودیتی برای تعداد و انواع روابطی که یک گره می‌تواند داشته باشد وجود ندارد.
• پایگاه داده درون حافظه‌ای:

در حالی که اکثر پایگاه‌های داده روی دستگاه‌های ذخیره‌سازی خارجی ذخیره می‌شوند، یک پایگاه داده درون حافظه‌ای در حافظه داخلی کامپیوتر قرار دارد. با این حال، معمولاً توسط ذخیره‌سازی داده‌های کامپیوتر نیز پشتیبان‌گیری می‌شود. پایگاه‌های داده درون حافظه‌ای سریع‌تر از پایگاه‌های داده دیسکی هستند. آن‌ها اغلب در جایی که زمان پاسخ‌دهی حیاتی است، مانند تجهیزات شبکه مخابراتی، استفاده می‌شوند.