آموزش پایگاه داده، مبانی و اصول دیتابیس های رابطه ای

یادگیری اصول و مبانی پایگاه داده به راحت ترین شکل ممکن

داده ها در تمامی تصمیماتی که گرفته می شود، نقش دارند. کسب و کار ها برای آن که آینده و مسیر حرکت خودشان را مشخص کنند، بر اساس دیتایی که از ابتدای مسیر تا آن زمان به دست آورده اند، تصمیم می گیرند. این تصمیمات می تواند، جهت حرکت یک کسب و کار را به کلی تغییر دهد.

شرکت های آینده نگر با تفکری که فراتر از نیاز های اولیه است به ذخیره سازی داده ها و همچنین تجزیه و تحلیل آن ها می پردازند و از پایگاه های داده به نفع خود استفاده می کنند. آموزش پایگاه داده برای این کسب و کار ها حرف اول را می زند و از واجبات بی چون و چرای کارشان به حساب می آید.

از دید این کسب و کار ها؛ پایگاه داده قطب نمایی برای حرکت به سوی آینده است. در این مطلب قصد داریم هر آنچیزی را که باید درباره پایگاه داده بدانید، به شما بگوییم تا شما نیز متوجه اهمیت بسیار بالای جمع آوری داده ها و تجزیه و تحلیل آن ها شوید. پس تا انتها همراه ما باشید.

داده چیست؟

اولین موردی که برای رسیدن به مفهوم پایگاه داده باید بدانید، این است که داده چیست؟ داده ها چیزی نیستند جز اطلاعاتی که در قالب اعداد، متون و موارد متنوع دیگری جمع آوری می شوند. به طور مثال، داده ها همان اطلاعاتی است که در قالب فرم از شما گرفته می شود که این فرم ها می تواند به صورت دیجیتال باشد تا قابلیت جا به جایی و پردازش را نیز داشته باشد.

واژه «داده» را هم به صورت جمع و هم به صورت مفرد می توان استفاده کرد. «داده خام دیجیتالی» یکی از اصلاحاتی است که در آموزش پایگاه داده و پیاده سازی آن، زیاد شنیده می شود. منظور از این داده های خام دیجیتالی، داده هایی است که در ابتدایی ترین حالت خود قرار دارند و هیچ تغییری روی آن ها اعمال نشده است.

«پردازش الکترونیکی داده» یا «پردازش داده» یکی دیگر از عباراتی است که در حین کار با پایگاه داده می شنوید. منظور از این عبارت انجام اعمال مختلف روی داده ها است. با گذشت زمان ارزش داده ها و تعداد آن ها بالا و بالاتر رفت تا به جایی رسید که متخصصان برای آن که بتوانند داده ها را اندازه گیری کنند، واحد های بزرگ تری را ایجاد کردند. به طور مثال ZB 4.4 (زتابایت) در سال 2019 ایجاد شده است. متخصصان پایگاه داده برای آن که بتوانند این حجم از داده را مدیریت کنند، سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) و سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) را به وجود آوردند.

پایگاه داده چیست؟

پایگاه داده مجموعه ای از داده های مشابه و مرتبط است که به صورت سازمان یافته کنار هم قرار گرفته اند و می توان به راحتی به آن ها دسترسی پیدا کرد و مورد بازیابی و به روز رسانی قرارشان داد. در اصل می توان گفت پایگاه داده جایی است که همه داده ها ذخیره سازی می شوند، مانند یک کتابخانه که از هر ژانری چندین کتاب مختلف را نگهداری می کند.

ساختار پایگاه داده به این صورت است که داده ها را می توان داده ها را در ردیف ها و ستون ها سازماندهی کرد و این دقیقا مانند یک جدول است. با این نوع ذخیره سازی، دسترسی به آن ها، مدیریتشان، بازیابی و نگهداری آن ها به شدت آسان می شود. SQL Server، Oracle Database، MongoDB، MySQL، Sybase، PostgreSQL و Informix نمونه هایی از پایگاه داده هستند. تمامی این پایگاه داده های مدرن توسط سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) مدیریت می شوند. زبان برنامه نویسی ساختار یافته SQL نیز برای کار با پایگاه داده مورد استفاده قرار می گیرد.

ظهور و تکامل پایگاه داده

50 سال پیش بود که پایگاه داده شروع به کار کرد. در آن زمان فعالیت پایگاه داده بر اساس سیستم مبتنی بر فایل بود. البته این شروع ماجرای پایگاه داده بود، چرا که با گذشت زمان شروع به تکامل و پیشرفت کرد. در سال 1968 بود که برای اولین بار پایگاه داده ها را به عنوان پایگاه داده مبتنی بر فایل مسطح معرفی کردند. پس از پایگاه داده مبتنی بر فایل مسطح، نوبت به ظهور پایگاه داده های سلسله مراتبی رسید و تکامل آن تا سال 1980 نیز ادامه داشت.

خوب است بدانید که پایگاه داده IMS و پایگاه داده IBM که برای سیستم مدیریت اطلاعات استفاده می شوند نیز بر اساس پایگاه داده سلسله مراتبی هستند. آقای Charles Bachman اولین مدل داده شبکه را توسعه داد و نام آن را فروشگاه داده یکپارچه (IDS) انتخاب کرد. Integrated Data Store یا همان IDS در سال 1960 معرفی شد و در سال 1971 به تکامل رسید و تبدیل به یک مدل داده شبکه ای استاندارد شد. ظهور پایگاه داده رابطه ای نیز به سال 1970 بر می گردد. اکنون نیز دوران پایگاه داده رابطه ای و مدیریت پایگاه داده است. در حال حاظر آموزش پایگاه داده نیز بر اساس پایگاه داده رابطه ای صورت می گیرد.

اجزای پایگاه داده

سخت افزار (Hardware):

شاید تصور می کردید که پایگاه داده ها فقط در بستر اینترنت هستند و هیچ جزء سخت افزاری ندارند. دستگاه های الکترونیکی فیزیکی مانند دستگاه های ورودی/ خروجی، دستگاه های ذخیره سازی و موارد بسیاری از این دست را می توان از اجزای سخت افزاری پایگاه داده دانست. این دستگاه ها به نوعی رابط بین رایانه ها و سیستم ها در دنیای واقعی هستند.

نرم افزار (Software):

نرم افزار ها نیز یکی دیگر از اجزای تشکیل دهنده پایگاه داده هستند. منظور از نرم افزار برنامه هایی است که برای مدیریت و کنترل پایگاه داده مورد استفاده قرار می گیرد. به طور مثال DBMS یک نرم افزار برای پایگاه داده است. سیستم عامل که اجازه دسترسی برنامه های کاربردی پایگاه داده را به DBMS می دهد نیز نوعی نرم افزار است. همچنین نرم افزار شبکه ای که داده ها را به اشتراک می گذارد هم نرم افزاری برای سیستم عامل به حساب می آید.

داده(Data):

در قسمت قبل داده را شناختید و متوجه جایگاه آن در آموزش پایگاه داده شدید. داده ها اطلاعاتی هستند که توسط یک DBMS جمع آوری، ذخیره سازی و پردازش می شوند. داده های عملیاتی یا ابر داده ها، نوعی داده به حساب می آیند.

روش (Procedure):

روش یا روند، مجموعه ای از قوانین و دستور العمل ها است که برای استفاده پایگاه داده در طراحی و اجرای DBMS استفاده می شود. آموزش نحوه کار و مدیریت در پایگاه داده ها نیز مربوط به این بخش است.

زبان دسترسی به پایگاه داده (Database access language):

زبان دسترسی به پایگاه داده این امکان را فراهم می کند که بتوانیم داده ها را به پایگاه داده ارسال کنیم و همچنان به آن ها نیز دسترسی داشته باشیم. در آموزش پایگاه داده متوجه می شوید که وارد کردن داده های جدید به دیتا بیس یا آپدیت کردن داده های قدیمی نیز با استفاده از زبان های دسترسی پایگاه داده صورت می گیرد.

بازیابی داده ها در سیستم پایگاه داده نیز با استفاده از زبان دسترسی به پایگاه داده صورت می گیرد. نحوه استفاده از این زبان نیز به این صورت است که هر عملی که قصد دارید روی داده ها انجام بدهید را با استفاده از زبان دسترسی به پایگاه داده می نویسید. پس از آن که دستورات را نوشتید، به سراغ DBMS می روید تا نتیجه آن را به شکل قابل خواندن توسط کاربر مشاهده کنید.

کاربرد های پایگاه داده

پایگاه داده از جمله حوزه هایی است که کاربرد های فراونی دارد و حیات و ممات بسیاری از مشاغل وابسته به یادگیری پایگاه داده است. اولین دستاوردی که پس از مطالعه این لیست برای شما حاصل می شود، اهمیت آموزش پایگاه داده است.

انواع پایگاه داده

یکی از بخش هایی که در آموزش پایگاه داده می آموزید، انواع پایگاه های داده است. در ادامه انواع پایگاه داده را آورده ایم تا با آن ها آشنا شوید و تفاوتی که بین آن ها وجود دارد را بدانید. این لیست کامل ترین لیست از انواع پایگاه داده است. 

پایگاه داده رابطه ای (Relational database):

پایگاه داده رابطه ای اولین نوع از انواع پایگاه داده است که به آن می پردازیم. آموزش پایگاه داده درسمن نیز بر اساس همین نوع از پایگاه داده است. پایگاه داده رابطه ای کارآمد ترین راه برای دسترسی به اطلاعات ساختار یافته است. در این نوع از پایگاه داده ، دیتا ها را در مجموعه ای از جدول ها که دارای سطر و ستون هستند، ساماندهی می کنند. در حال حاضر؛ در کشور های پیشرفته نیز آموزش پایگاه داده بر اساس مدل رابطه ای است. 
نحوه کار پایگاه داده رابطه ای به این صورت است که مجموعه ای از اطلاعات را با استفاده از روابط از پیش تعریف شده، سازمان دهی می کند. داده های سازماندهی شده نیز در یک یا چند سطر و ستون ذخیره سازی می شوند. در این پایگاه داده پیدا کردن رابطه ساختاری بین داده ها بسیار آسان است. 

پایگاه داده NoSQL:

پایگاه داده بعدی یکی از معروف ترین انواع پایگاه داده است. پایگاه داده NoSQL یک پایگاه داده غیر رابطه ای است. داده های بدون ساختار و داده های نیمه ساختار در این پایگاه داده ذخیره می شوند. سروکار این پایگاه داده با داده های پیچیده است و کاربرد آن نیز در وب اپلیکیشن ها است که این عوامل باعث شده NoSQL به شدت محبوب شود.

پایگاه داده شی گرا(Object-oriented database) :

در پایگاه داده شی گرا (OOD) داده ها را به شکل اشیایی که در برنامه نویسی شی گرا مورد استفاده است، نمایش داده می شود. این پایگاه داده می تواند با داده های سخت و پیچیده کار کند. با استفاده از این پایگاه داده می توانید به مدیریت ساختار های داده ای با روابط پیچیده بپردازید. به طور مثال سیستم CAD/CAM یک سیستم اطلاعات جغرافیایی و سیستم مدیریت اسناد است که با پایگاه داده شی گرا مدیریت می شود.  

پایگاه داده توزیع شده (Distributed database):

پایگاه داده توزیع شده، نوع دیگری از پایگاه داده است. در این نوع از پایگاه داده؛ دیتا ها به صورت دو یا چند فایل هستند که در مکان های مختلفی قرار می گیرند. داده ها در پایگاه داده توزیع شده ممکن است که در یک مکان فیزیکی در چندین رایانه یا در شبکه های مختلف پراکنده باشند. 

پایگاه داده ابری (Cloud database):

یکی دیگر از انواع دیتا بیس که باید با آن آشنا شوید، پایگاه داده ابری است. پایگاه داده ابری همانطور که از نامش پیداست روی یک پلتفرم ابری Cloud Computing اجرا می شود. دسترسی به این پایگاه داده نیز به صورت سرویس است. بیشترین کاربرد پایگاه داده های ابری در سازمان ها است که داده های بسیار زیادی دارند و افراد بسیاری باید به این داده ها دسترسی داشته باشند. پایگاه داده ابری می تواند مانند یک پایگاه داده مدیریت شود و به عنوان یک سرویس DBaaS ارائه شود. این نوع از پایگاه داده روی یک ماشین مجازی یا همان  virtual machine (VM) مستقر می شود. 

پایگاه داده نموداری (Graph database):

پایگاه داده نموداری به عنوان یک پلتفرم تخصصی و تک منظوره طراحی شده است و وظیفه آن ایجاد نمودار و تغییر در آن ها است. در پایگاه داده نموداری یا همان پایگاه داده گرافی، داده ها در قالب موجودیت ها و روابط بین آن ها ذخیره سازی می شود. 

پایگاه داده متمرکز (Centralization database):

پایگاه داده متمرکز که به اختصار به صورت CDB آن را نمایش می دهند، نوعی دیگری از پایگاه داده است. پایگاه داده متمرکز نیز همانطور که از نامش پیدا است، در یک مکان متمرکز است و در همان مکان نیز ذخیره سازی و نگهداری می شود. از جمله مکان هایی که این نوع از پایگاه داده در آن متمرکز می شود، می توان به کامپیوتر مرکزی، دسکتاپ و CPU سرور اشاره کرد. 

پایگاه داده عملیاتی (Operational database):

پایگاه داده عملیاتی به عنوان OLTP یا پایگاه داده پردازش تراکنش آنلاین شناخته می شود. این پایگاه داده با هدف ایجاد و به روز رسانی مقادیر زیادی از داده ها و همچنین ذخیره تراکنش های انجام شده توسط چندین کاربر طراحی شده است. 

انبار های داده (Data warehouses):

انبار داده مانند یک مخزن مرکزی برای داده ها است. کارایی انبار های داده به این صورت است که داده های فعلی و داده های قدیمی را در یک مکان واحد نگهداری می کند تا تمام سازمان بتوانند از آن استفاده کنند و گزارش تحلیلی بگیرند. 

معماری پایگاه داده 

بیشترین میزان استفاده و مراجعه به معماری پایگاه داده در کسب و کار ها و سازمان ها است. کاربرد معماری پایگاه داده در این سازمان ها شامل استفاده از زبان های برنامه نویسی برای طراحی نرم افزار های مختلف با کارایی های متفاوت است. به طور کلی؛ معنلاری پایگاه داده شامل طراحی، پیاده سازی، توسعه و در نهایت نگهداری برنامه های رایانه ای است که می توانند داده های مختلف را در کسب و کار های متفاوت ذخیره سازی کنند و از آن ها نگهداری کنند. 
معماری پایگاه داده می تواند طراحی یک DBMS را مشخص کند. طبق آموزش پایگاه داده، معماری پایگاه داده می تواند به صورت تک لایه و چند لایه باشد. تعداد لایه ها در معماری پایگاه داده نیز از یک لایه شروع می شود و تا n لایه ادامه دارد.