پایگاه داده database چیست؟

دادِگان (پایگاه داده ها یا بانک اطلاعاتی) به مجموعه ای از اطلاعات
با ساختار منظم و سامانمند گفته می شود. این پایگاه های اطلاعاتی معمولاً
در قالبی که برای دستگاه ها و رایانه ها قابل خواندن و قابل دسترسی باشند
ذخیره می شوند.



البته چنین شیوه ذخیره سازی اطلاعات تنها روش موجود نیست و شیوه های
دیگری مانند ذخیره سازی ساده در پرونده ها نیز استفاده می گردد. مسئله ای
که ذخیره سازی داده ها در دادگان را موثر می سازد وجود یک ساختار مفهومی
است برای ذخیره سازی و روابط بین داده ها است.

پایگاه داده در اصل مجموعه ای سازمان یافته از اطلاعات است.این واژه از
دانش رایانه سرچشمه می گیرد ،اما کاربر وسیع و عمومی نیز دارد، این وسعت به
اندازه ای است که مرکز اروپایی پایگاه داده (که تعاریف خردمندانه ای برای
پایگاه داده ایجاد می کند) شامل تعاریف غیر الکترونیکی برای پایگاه داده می
باشد. در این نوشتار به کاربرد های تکنیکی برای این اصطلاح محدود می شود.

یک تعریف ممکن این است که: پایگاه داده مجموعه ای از رکورد های ذخیره شده
در رایانه با یک روش سیستماتیک (اصولی) مثل یک برنامه رایانه ای است که می
تواند به سوالات کاربر پاسخ دهد. برای ذخیره و بازیابی بهتر، هر رکورد
معمولا به صورت مجموعه ای از اجزای داده ای یا رویداد ها سازماندهی می
گردد.



بخش های بازیابی شده در هر پرسش به اطلاعاتی تبدیل می شود که برای
اتخاذ یک تصمیم کاربرد دارد. برنامه رایانه ای که برای مدیریت و پرسش و
پاسخ بین پایگاه های داده ای استفاده می شود را مدیر سیستم پایگاه داده ای
یا به اختصار (DBMS) می نامیم. خصوصیات و طراحی سیستم های پایگاه داده ای
در علم اطلاعات مطالعه می شود.

مفهوم اصلی پایگاه داده این است که پایگاه داده مجموعه ای از رکورد ها یا
تکه هایی از یک شناخت است.نوعا در یک پایگاه داده توصیف ساخت یافته ای برای
موجودیت های نگه داری شده در پایگاه داده وجود دارد: این توصیف با یک الگو
یا مدل شناخته می شود. مدل توصیفی، اشیا پایگاه های داده و ارتباط بین
آنها را نشان می دهد. روش های متفاوتی برای سازماندهی این مدل ها وجود دارد
که به آنها مدل های پایگاه داده گوییم.



پرکاربرد ترین مدلی که امروزه بسیار استفاده می شود، مدل رابطه ای است
که به طور عام به صورت زیر تعریف می شود: نمایش تمام اطلاعاتی که به فرم
جداول مرتبط که هریک از سطر ها و ستونها تشکیل شده است(تعریف حقیقی آن در
علم ریاضیات برسی می شود). در این مدل وابستگی ها به کمک مقادیر مشترک در
بیش از یک جدول نشان داده می شود. مدل های دیگری مثل مدل سلسله مراتب و مدل
شبکه ای به طور صریح تری ارتباط ها را نشان می دهند.

در مباحث تخصصی تر اصتلاح دادگان یا پایگاه داده به صورت مجموعه ای از
رکورد های مرتبط با هم تعریف می شود. بسیاری از حرفه ای ها مجموعه ای از
داده هایی با خصوصیات یکسان به منظور ایجاد یک پایگاه داده ای یکتا استفاده
می کنند.

معمولا DBMS ها بر اساس مدل هایی که استفاده می کنند تقسیم بندی می شوند:
ارتباطی،شی گرا، شبکه ای و امثال آن. مدل های داده ای به تعیین زبانهای
دسترسی به پایگاه های داده علاقه مند هستند. بخش قابل توجهی از مهندسی DBMS
مستقل از مدل های می باشد و به فاکتور هایی همچون اجرا، همزمانی،جامعیت و
بازیافت از خطاهای سخت افزاری وابسطه است.در این سطح تفاوت های بسیاری بین
محصولات وجود دارد.


موارد زیر به صورت خلاصه شرح داده می شود:
•۱ تاریخچه پایگاه داده
•۲ انواع دادگان ها
•۳ مدل های پایگاه داده
۳.۱ مدل تخت
۳.۲ مدل شبکه ای(Network)
۳.۳ مدل رابطه ای
۳.۴ پایگاه داده های چند بعدی
۳.۵ پایگاه داده های شیء
•۴ ویژگی های سیستم مدیریت پایگاه داده ها
•۵ فهرست سیستم های متداول مدیریت دادگان

1- تاریخچه پایگاه داده
اولین کاربردهای اصطلاح پایگاه داده به June 1963 باز می گردد، یعنی زمانی
که شرکت System Development Corporation مسئولیت اجرایی یک طرح به نام
"توسعه و مدیریت محاسباتی یک پایگاه داده ای مرکزی" را بر عهده گرفت.
پایگاه داده به عنوان یک واژه واحد در اوایل دهه 70 در اروپا و در اواخر
دهه 70 در خبر نامه های معتبر آمریکایی به کار رفت.(بانک داده ای یا
Databank در اوایل سال 1966 در روزنامه واشنگتن کار رفت)


تصویر:اولین سیستم مدیریت پایگاه داده در دهه 60 گسترش یافت. از پیشگامان
این شاخه چارلز باخمن می باشد. مقالات باخمن این را نشان داد که فرضیات او
کاربرد بسیار موثرتری برای دسترسی به وسایل ذخیره سازی را محیا می کند.



در آن زمانها پردازش داده بر پایه کارت های منگنه و نوار های مغناطیسی
بود که پردازش سری اطلاعات را مهیا می کند. دو نوع مدل داده ای در آن
زمانها ایجاد شد:CODASYL موجب توسعه مدل شبکه ای شدکه ریشه در نظریات باخمن
داشت و مدل سلسله مراتبی که توسط North American Rockwell ایجاد شد و بعدا
با اقباس از آن شرکت IBM محصولIMS را تولید نمود.

مدل رابطه ای توسط E. F. Codd در سال 1970 ارائه شد.او مدل های موجود را
مورد انتقاد قرار می داد. برای مدتی نسبتا طولانی این مدل در مجامع علمی
مورد تایید بود. اولین محصول موفق برای میکرو کامپیوتر ها dBASE بودکه برای
سیستم عامل هایCP/M و PC-DOS/MS-DOS ساخته شد.



در جریان سال 1980 پژوهش بر روی مدل توزیع شده (distributed database)
و ماشین های دادگانی (database machines) متمرکز شد، اما تاثیر کمی بر
بازار گذاشت. در سال 1990 توجهات به طرف مدل شی گرا(object-oriented
databases) جلب شد. این مدل جهت کنترل داده های مرکب لازم بود و به سادگی
بر روی پایگاه داده های خاص، مهندسی داده(شامل مهندسی نرم افزار منابع) و
داده های چند رسانه ای کار می کرد.

در سال 2000 نوآوری تازه ای رخ داد و دادگان اکس ام ال (XML) به وجود آمد.
هدف این مدل از بین بردن تفاوت بین مستندات و داده ها است و کمک می کند که
منابع اطلاعاتی چه ساخت یافته باشند یا نه در کنار هم قرار گیرند.


2- انواع دادگان ها
دادگان ها از نظر ساختار مفهومی و شیوه ای رفتار با داده ها بر دو نوع هستند :
1.دادگان رابطه ای
2.دادگان شی گرا

3- مدل های پایگاه داده
شگرد های مختلفی برای مدل های داده ای وجود دارد. بیشتر سیستم های پایگاه
داده ای هر چند که طور معمول بیشتر از یک مدل را مورد حمایت قرار می دهند،
حول یک مدل مشخص ایجاد شده اند. برای هر یک از الگوهای های منطقی (logical
model) اجراهای فیزیکی مختلفی قابل پیاده شدن است و سطوح کنترل مختلفی در
انطباق فیزیکی برای کاربران محیا می کند. یک انتخاب مناسب تاثیر موثری بر
اجرا دارد. مثالی از موارد الگوی رابطه ای (relational model) است: همه
رویدادهای مهم در مدل رابطه ای امکان ایجاد نمایه هایی که دسترسی سریع به
سطرها در جدول را می دهد،فراهم می شود.

یک مدل داده ای تنها شیوه ساختمان بندی داده ها نیست بلکه معمولا به صورت
مجموعه ای از عملیات ها که می تواند روی داده ها اجرا شود تعریف می شوند.
برای مثال در مدل رابطه ای عملیاتی همچون گزینش (selection)، طرح ریزی
(projection) و اتصال (join) تعریف می گردد.

۳.۱ مدل تخت
مدل تخت یا جدولی (flat (or table) model ) تشکیل شده است از یک آرایه دو
بعدی با عناصر داده ای که همه اجزای یک ستون به صورت داده های مشابه فرض می
شود و همه عناصر یک سطر با هم در ارتباط هستند. برای نمونه در ستون هایی
که برای نام کاربری و رمز عبور در جزئی از سیستم های پایگاه داده ای امنیتی
مورد استفاده قرار می گیرد هر سطر شامل رمز عبوری است که مخصوص یک کاربر
خاص است.



ستون های جدول که با آن در ارتباط هستند به صورت داده کاراکتری،
اطلاعات زمانی، عدد صحیح یا اعداد ممیز شناور تعریف می شوند. این مدل پایه
برنامه های محاسباتی(spreadsheet) است.

پایگاه داده ها با فایل های تخت به سادگی توسط فایل های متنی تعریف می
شوند. هر رکورد یک خط است و فیلد ها به کمک جدا کننده هایی از هم مجزا می
شوند. فرضا به مثال زیر دقت کنید:
id name team
1 Amy Blues
2 Bob Reds
3 Chuck Blues
4 Dick Blues
5 Ethel Reds
6 Fred Blues
7 Gilly Blues
8 Hank Reds
داده های هر ستون مشابه هم است ما به این ستونها فیلد ها (fields) گوییم. و
هر خط را غیر از خط اول یک رکورد(record) می نامیم. خط اول را که برخی
پایگاه های داده ای آنرا ندارند رکورد برچسب(field labels) گوییم. هر مقدار
داده ای اندازه خاص خود را دارد که اگر به آن اندازه نرسد می توان از
کاراکنر فاصله برای این منظور استفاده کرد اما این مسئله مخصوصا زمانی که
بخواهیم اطلاعات را بر روی کارت های منگنه قرار دهیم مشکل ساز خواهد شد.
امروزه معمولا از نویسه TAB برای جداسازی فیلد ها و کاراکتر خط بعد برای
رکورد بعدی استفاده می کنیم. البته شیوه های دیگری هم وجود دارد مثلا به
مثال زیر دقت کنید:
"1","Amy","Blues"
"2","Bob","Reds"
"3","Chuck","Blues"
"4","Dick","Blues"
"5","Ethel","Reds"
"6","Fred","Blues"
"7","Gilly","Blues"
"8","Hank","Reds"
این مثال از جدا کننده کاما استفاده می کند.در این نوع مدل تنها قابلیت
حذف،اضافه،دیدن و ویرایش وجود دارد که ممکن است کافی نباشد.Microsoft Excel
این مدل را پیاده سازی می کند.

۳.2 مدل شبکه ای(Network)
در سال 1969 و در کنفرانس زبانهای سیستم های داده ای (CODASYL) توسطCharles
Bachman ارائه شد. در سال 1971 مجددا مطرح شد و اساس کار پایگاه داده ای
قرار گرفت و در اوایل دهه 80 با ثبت آن درسازمان بین المللی استانداردهای
جهانی یا ISO به اوج رسید.

مدل شبکه ای (database model) بر پایه دو سازه مهم یعنی مجموعه ها و رکورد
ها ساخته می شود و برخلاف روش سلسله مراتبی که از درخت استفاده می کند،
گراف را به کار می گیرد. مزیت این روش بر سلسله مراتبی این است که مدل های
ارتباطی طبیعی بیشتری را بین موجودیت ها فراهم می کند. الی رغم این مزیت ها
به دو دلیل اساسی این مدل با شکست مواجه شد: اول اینکه شرکت IBM با تولید
محصولات IMS و DL/I که بر پایه مدل سلسله مراتبی است این مدل را نادیده
گرفت.



دوم اینکه سرانجام مدل رابطه ای (relational model) جای آن را گرفت
چون سطح بالاتر و واضح تر بود. تا اوایل دهه 80 به علت کارایی رابط های سطح
پایین مدل سلسله مراتبی و شبکه ای پیشنهاد می شد که بسیاری از نیاز های آن
زمان را برطرف می کرد. اما با سریعتر شدن سخت افزار به علت قابلیت انعطاف و
سودمندی بیشتر سیستم های رابطه ای به پیروزی رسیدند.

رکورد ها در این مدل شامل فیلد هایی است( ممکن است همچون زبان کوبول
(COBOL) به صورت سلسله مراتب اولویتی باشد). مجموعه ها با ارتباط یک به چند
بین رکورد ها تعریف می شود: یک مالک و چند عضو. عملیات های مدل شبکه ای از
نوع هدایت کننده است: یک برنامه در موقعیت جاری خود باقی می ماند و از یک
رکورد به رکورد دیگر می رود هر گاه که ارتباطی بین آنها وجود داشته باشد.
معمولا از اشاره گرها(pointers) برای آدرس دهی مستقیم به یک رکورد در دیسک
استفاده می شود. با این تکنیک کارایی بازیابی اضافه می شود هر چند در نمایش
ظاهری این مدل ضروری نیست .

۳.3 مدل رابطه ای
مدل رابطه ای (relational model) در یک مقاله تحصیلی توسط E. F. Codd در
سال 1970 ارائه گشت. این مدل یک مدل ریاضیاتی است که با مفاهیمی چون
مستندات منطقی (predicate logic) و تئوری مجموعه ها (set theory) در ارتباط
است. محصولاتی همچون اینگرس،اراکل، DB2 وسرور اس کیوال (SQL Server) بر
این پایه ایجاد شده است.



ساختار داده ها در این محصولات به صورت جدول است با این تفاوت که می
تواند چند سطر داشته باشد. به عبارت دیگر دارای جداول چند گانه است که به
طور صریح ارتباطات بین آنها بیان نمی شود و در عوض کلید هایی به منظور
تطبیق سطر ها در جداول مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال جدول کارمندان
ممکن است ستونی به نام "موقعیت" داشته باشد که کلید جدول موقعیت را با هم
تطبیق می دهد.

۳.4 پایگاه داده های چند بعدی
پایگاه داده های رابطه ای توانست به سرعت بازار را تسخیر كند، هرچند
كارهایی نیز وجود داشت كه این پایگاه داده ها نمی توانست به خوبی انجام
دهد. به ویژه به كارگیری كلیدها در چند ركورد مرتبط به هم و در چند پایگاه
داده مشترك، كندی سیستم را موجب می شد.



برای نمونه برای یافتن نشانی كاربری با نام دیوید، سیستم رابطه ای
باید نام وی را در جدول كاربر جستجو كند و كلید اصلی (primary key ) را
بیابد و سپس در جدول نشانی ها، دنبال آن كلید بگردد. اگر چه این وضعیت از
نظر كاربر، فقط یك عملیات محسوب، اما به جستجو درجداول نیازمند است كه این
كار پیچیده و زمان بر خواهد بود.



راه كار این مشكل این است كه پایگاه داده ها اطلاعات صریح درباره
ارتباط بین داده ها را ذخیره نماید. می توان به جای یافتن نشانی دیوید با
جستجو ی كلید در جدول نشانی، اشاره گر به داده ها را ذخیره نمود. در واقع،
اگر ركورد اصلی، مالك داده باشد، در همان مكان فیزیكی ذخیره خواهد شد و از
سوی دیگر سرعت دسترسی افزایش خواهد یافت.

چنین سیستمی را پایگاه داده های چند بعدی می نامند. این سیستم در هنگامی كه
از مجموعه داده های بزرگ استفاده می شود، بسیار سودمند خواهد بود. از
آنجاییكه این سیستم برای مجموعه داده های بزرگ به كار می رود، هیچگاه در
بازار به طور مستقیم عمومیت نخواهد یافت.

۳.5 پایگاه داده های شیء
اگر چه سیستم های چند بعدی نتوانستند بازار را تسخیر نمایند، اما به توسعه
سیستم های شیء منجر شدند. این سیستم ها كه مبتنی بر ساختار و مفاهیم سیستم
های چند بعدی هستند، به كاربر امكان می دهند تا اشیاء را به طور مستقیم در
پایگاه داده ها ذخیره نماید. بدین ترتیب ساختار برنامه نویسی شیء گرا
(object oriented ) را می توان به طور مستقیم و بدون تبدیل نمودن به سایر
فرمت ها، در پایگاه داده ها مورد استفاده قرار داد.



این وضعیت به دلیل مفاهیم مالكیت (ownership) در سیستم چند بعدی، رخ
می دهد. در برنامه شیء گرا (OO)، یك شیء خاص "مالك " سایر اشیاء در حافطه است، مثلا دیوید مالك نشانی خود می باشد. در صورتی كه مفهوم مالكیت در پایگاه داده های رابطه ای وجود ندارد.

4- ویژگی های سیستم مدیریت پایگاه داده ها
پس از این مقدمه به توصیف سیستم مدیریت پایگاه داده ها می پردازیم. سیستم
مدیریت پایگاه داده ها، مجموعه ای پیچیده از برنامه های نرم افزاری است كه
ذخیره سازی و بازیابی داده های (فیلدها، ركوردها و فایل ها) سازمان را در
پایگاه داده ها، كنترل می كند. این سیستم، كنترل امنیت و صحت پایگاه داده
ها را نیز بر عهده دارد.



سیستم مدیریت پایگاه داده ها، درخواست های داده را از برنامه می پذیرد
و به سیستم عامل دستور می دهد تا داده ها ی مناسب را انتقال دهد. هنگامی
كه چنین سیستمی مورد استفاده قرار می گیرد، اگر نیازمندیهای اطلاعاتی
سازمانی تغییر یابد، سیستم های اطلاعاتی نیز آسانتر تغییر خواهند یافت.
سیستم مذكور از صحت پایگاه داده ها پشتیبانی می كند. بدین ترتیب كه اجازه
نمی دهد بیش از یك كاربر در هر لحظه، یك ركورد را به روز رسانی كند. این
سیستم ركوردهای تكراری را در خارج پایگاه داده ها نگاه می دارد.



برای مثال، هیچ دو مشترك با یك شماره مشتری، نمی توانند در پایگاه
داده ها وارد شوند. این سیستم روشی برای ورود و به روز رسانی تعاملی پایگاه
داده ها فراهم می آورد. یك سیستم اطلاعات كسب و كار از موضوعاتی نظیر
(مشتریان، كارمندان، فروشندگان و غیره) و فعالیت هایی چون (سفارشات، پرداخت
ها، خریدها و غیره) تشكیل شده است.



طراحی پایگاه داده ها، فرایند تصمیم گیری درباره نحوه سازماندهی این
داده ها در انواع ركوردها و برقراری ارتباط بین ركوردهاست.سیستم مدیریت
پایگاه داده ها می تواند ساختار داده ها و ارتباط آنها را در سازمان به طور
اثر بخش نشان دهد. سه نوع مدل متداول سازمانی عبارتند از: سلسله مراتبی،
شبكه ای و رابطه ای.



یك سیستم مدیریت پایگاه داده ها ممكن است یك، دو یا هر سه روش را فراهم آورد. سرورهای پایگاه داده ها، کامپیوترهایی
هستند كه پایگاه داده های واقعی را نگاه می دارند و فقط سیستم مدیریت
پایگاه داده ها و نرم افزار مربوطه را اجرا می كنند. معمولا این سرورها
رایانه های چند پردازنده ای با آرایه های دیسك RAID برای ذخیره سازی می
باشند.

5- فهرست سیستم های متداول مدیریت دادگان
معروف ترین این نرم افزارهای مدیریت دادگان ها می توان به چند نمونه زیر اشاره کرد:

1.Oracle
2.Microsoft SQL Server
3.MySQL
4.PostregSQL
5.DB2
6.Microsoft Access
واژه دادگان از برابرنهاده های فرهنگستان زبان فارسی می باشد.