پایگاه داده چیست؟ معرفی انواع دیتابیس و کاربرد های پایگاه داده

اگر در مورد فناوری بلاک چین تحقیق کرده باشید، احتمالاً با اصطلاح پایگاه داده یا دیتابیس مواجه شده اید. پایگاه‌های داده در واقع محلی برای ذخیره مرتب داده‌ها برای استفاده از آن در آینده هستند. مبحث دیتابیس به یک جزء جدایی‌ناپذیر از فناوری تبیدل شده است. هر فروشگاه اینترنتی، وب‌سایت فعال بر بستر اینترنت، نرم‌افزار و در مجموع هر موضوعی که با داده‌ها سر و کار دارد، برای ذخیره منظم آن‌ها نیازمند یک جدول برای ذخیره این داده‌ها در کنار هم خواهند بود.

بیایید به بلاکچین از زاویه دیتابیس نگاه کنیم. در واقع بلاکچین یک پایگاه داده توزیع شده است. این دیتابیس در بین تمام نودهای یک شبکه کامپیوتری به اشتراک گذاشته شده و هر گونه ایجاد تغییر در داده‌های دیجیتالی ذخریه شده بر روی آن، نیازمند تأیید اکثریت نودها خواهد بود. این تأیید حداکثری، کلید حفظ امنیت کل شبکه و حفاظت از دارایی‌های دیجیتال نظیر بیت کوین، اتریوم و سایر کوین‌ها است. بلاک چین با نوآوری خود پایداری و امنیت ثبت داده‌ها را نسبت به پایگاه داده‌های سنتی بسیار افزایش می‌دهد. همچنین در این فناوری نیاز به شخص ثالث قابل اعتماد برای تغییر و صحت‌سنجی داده‌ها نیز وجود نخواهد داشت.

در این مقاله در کنار بررسی دقیق‌تر ماهیت پایگاه داده، به بررسی مزایا و معایب هر یک از انواع آن پرداخته‌ایم. با خواندن این مقاله درک بهتری از روند ذخیره سازی داده در یک دیتابیس و شبکه‌های بلاکچین خواهید داشت.

داده چیست؟

همان‌طور که از نام پایگاه داده‌ها مشخص است، این جداول مسئولیت ذخیره‌سازی منظم داده‌ها را بر عهده دارند. اما یک داده دقیقاً چه تعریفی در دنیای فناوری دارد؟ در پاسخ این سوال، می‌توان گفت که داده‌ها مجموعه‌ای از یک واحد کوچک مجزا از اطلاعات هستند. معادل انگلیسی کلمه داده یا همان “Data” از کلمه “datum” به معنای «یک تکه از اطلاعات» گرفته شده است. این واحدهای کوچک می‌توانند در  قالب‌های مختلفی مانند متن، اعداد، رسانه، بایت و غیره استفاده شوند.

برای درک بهتر این ماهیت، یک فروشگاه اینترنتی را در نظر بگیرید. در این بستر هر ماهیتی نظیر نام کاربران، شماره تماس، آدرس، سابقه خرید، مبلغ پرداخت شده در هر تراکنش، تاریخ تراکنش‌ها و هر مورد مشابه دیگری، یک داده خواهد بود. ترکیب این داده‌ها، می‌تواند منجر به اطلاعات شود. به عنوان مثال با کنار هم قرار گرفتن این داده‌ها به صورت صحیح شما می‌توانید تمام اطلاعات لازم در مورد یک خرید منحصربه‌فرد را به دست آورید.

پایگاه داده چیست؟

پایگاه داده یا همان database مجموعه‌ای سازمان یافته از داده‌هاست که به راحتی قابل دسترسی و مدیریت هستند. شما می‌توانید داده‌ها را در قالب یک دیتابیس و در داخل جدول‌ها، ردیف‌ها و ستون‌ها سازماندهی و فهرست‌بندی کنید. این کار بهروند پیدا کردن اطلاعات مرتبط از بین داده‌های فراوان را آسان‌تر خواهد کرد. در واقع هدف اصلی از ایجاد Data Base  ذخیره، بازیابی و مدیریت حجم بالای داده‌ها است. پایگاه‌های داده قوانین خاص خود را برای دسترسی داشته و داده‌های موجود در خود را تنها در اختیار افراد مجاز قرار می‌دهند.

در حال حاضر تقریباً تمامی کسب‌وکارهای مدرن از پایگاه‌های داده برای مدیریت امور روزمره خود استفاده می‌کنند. به عنوان مثال در یک هتل، شما می‌توانید مدلی برای بررسی خالی بودن اتاق‌های موجود را داشته باشید. این مدل، نمونه‌ای از یک وب سایت پویا است که از دیتابیس استفاده می‌کند. امروزه پایگاه‌های داده بسیاری مانند MySQL، Sybase، Oracle، MongoDB، Informix، PostgreSQL، SQL Server و غیره در دسترس بوده و هر یک از آن‌ها ویژگی‌های خاص خود را ارائه می‌دهند. پایگاه داده‌های مدرن توسط سیستم مدیریت DBMS مدیریت می‌شوند. زبان برنامه‌نویسی پایگاه‌های داده نیز SQL است. با آشنایی به قواعد این زبان برنامه‌نویسی، قادر خواهید بود داده‌های ذخیره شده خود در هر جدول را استخراج، مقایسه و حتی با یکدیگر ادغام کنید.

کاربرد پایگاه داده

پایگاه‌های داده ممکن است کاربردهای مختلفی در حوزه فناوری داشته باشند. در این قسمت به بررسی چند مورد از مهم‌ترین کاربردهای آن پرداخته‌ایم.

بهینه‌سازی روند استفاده از داده

در مواردی که تعداد داده‌های بسیار زیادی وجود داشته باشد، روند استفاده و مرتب‌سازی آن‌ها ممکن است یک چالش تمام‌عیار به نظر برسد. به عنوان مثال در یک پلتفرم و شبکه که تعداد کاربران بالایی داشته و هر کاربر تراکنش‌های خاص خود را دارد، استفاده از یک دیتابیس برای ذخیره و مدیریت صحیح این داده‌ها ضروری است. در این موارد یک پایگاه داده مهندسی‌شده می‌تواند بسیار مؤثر واقع شود.

ردیابی تغییرات

اطلاعات یک بستر روزانه ممکن است با هزاران تغییر مختلف مواجه شود. به عنوان مثال در یک بانک، روزانه هزاران کاربران اقدام به انتقال پول به حساب‌های یکدیگر می‌کنند. ثبت دقیق و ردیابی این تغییرات بدون استفاده از یک دیتابیس دقیق، عملاً غیرممکن خواهد بود. به‌ویژه اگر با یک بستر پیچیده نظیر بلاک چین مواجه باشید، این موضوع می‌‌تواند حتی پیچیده‌تر نیز شود!

افزایش ایمنی

هنگامی که شما تمام داده‌ها را به صورت یکجا ذخیره کنید، حفظ امنیت آن‌ها نیز ساده‌تر خواهد شد. چرا که در غیر این صورت، لازم است شما تمام داده‌های پراکنده پلتفرم خود را همواره تحت نظر داشته و به صورت مجزا برای حفظ امنیت تک‌به‌تک آن‌ها تلاش کنید. این در حالی است که یک پایگاه داده منسجم، می‌تواند به طرز قابل توجهی این مشکل را برطرف کند.

ذخیره‌سازی و دسترسی به داده‌های شخصی

پایگاه داده‌های ابری امکان ذخیره‌سازی اطلاعات و دسترسی به آن‌ها در هر زمان و مکانی را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال سرویس گوگل درایو یک دیتابیس ابری است که می‌تواند داده‌های مربوط به هر کاربر را به صورت مجزا ذخیره کند. شما در هر زمانی می‌توانید با یک گوشی یا رایانه، به داده‌های مربوط به خود دسترسی داشته باشید.

تفاوت پایگاه داده معمولی و بلاکچین

ساختار داده از جمله تفاوت‌های اصلی پایگاه داده معمولی و یک بلاک چین است. بلاکچین اطلاعاتی را در قالب گروه‌ها جمع‌آوری کرده و در نهایت مجموعه‌ای از داده را در خود نگهداری می‌کند. هر بلوک ظرفیتی برای ذخیره‌سازی داده دارد که پس از پرشدن آن، بسته شده  و سپس به بلوک دیگری متصل می‌شود. در این صورت می‌تواند زنجیره‌ای از داده‌ها را تشکیل دهد. این زنجیره داده با نام بلوک شناخته می‌شود. اطلاعات جدیدی که به بلوک تازه اضافه می‌شود، کامپایل شده و  پس از پر شدن به زنجیره دیگری اضافه می‌شود.

اما دیتابیس از جدول ساختاری برای ذخیره داده استفاده می‌کند. در حالی که بلاکچین از بلوک داده برای اینکار استفاده می‌کند.  این ساختار داده از یک جدول زمانی استفاده می‌کند با استفاده از ماهیت غیرمتمرکز بلاکچین ایجاد می‌شود. زمانی که یک بلوک پر شود، بسته می‌شود و بلوک جدیدی با جدول زمانی مشخص ایجاد می‌شود.

بررسی سیر تکامل و انواع پایگاه داده به ترتیب ظهور 

دیتابیس بیش از ۵۰ سال سیر تکاملی خود را از سیستم فایل مسطح به سیستم‌های رابطه‌ای و اشیاء تکمیل کرده است. چندین نسل را پشت سر گذاشته است. در ادامه به بررسی و معرفی هر کدام از دوره‌ها می‌پردازیم:

پایگاه داده مبتنی بر فایل

این نوع پایگاه داده که در سال ۱۹۶۸ معرفی شد، داده‌ها را در یک فایل مسطح ذخیره‌سازی میکرد. این ساختار در کنار سادگی استفاده، محدودیت‌های بسیاری را نیز شامل می‌شود. در واقع این روش در کنار مشکلات امنیتی، دست برنامه نویسان در استفاده از داده‌ها را نیز باز نمی‌گذاشت. با این وجود از مزیت‌های اصلی این روش می‌توان به دسترسی ساده با یک نرم‌افزار به داده‌ها اشاره کرد. این روش‌ها شامل ترتیبی، نمایه سازی شده و تصادفی است. این روش ذخیره‌سازی نیاز به برنامه نویسی گسترده در یک زبان نسل سوم مانند COBOL ،BASIC دارد.

دیتابیس مدل داده سلسله مراتبی

سال‌های ۱۹۶۸ تا ۱۹۸۰ به عصر دیتابیس سلسله مراتبی معروف است. مدل سلسله مراتبی برجسته اولین DBMS IBM بود. در این سیستم که IMS (سیستم مدیریت اطلاعات) نام داشت،  فایل‌ها به صورت والد/فرزند به هم مرتبط می‌شدند. نمودار زیر مدل داده سلسله مراتبی را نشان می‌دهد. دایره کوچک نشان دهنده اشیاء است.

مانند سیستم فایل، این مدل نیز دارای محدودیت‌هایی مانند پیاده‌سازی پیچیده است. بنابراین این مدل به دلیل عدم استقلال ساختاری، به راحتی نمی‌تواند روابط چند به چند و غیره را مدیریت کند.

پایگاه داده مدل داده شبکه

در اوایل دهه ۱۹۶۰ چارلز باخمن اولین سیستم مدیریت پایگاه داده را در هانیول به نام فروشگاه داده یکپارچه (IDS) توسعه داد.  این مدل در سال ۱۹۷۱ توسط گروه CODASYL (کنفرانس زبان‌های سیستم‌های داده) استانداردسازی شد. در این مدل، فایل‌ها به عنوان مالک و عضو، مانند مدل شبکه رایج، مرتبط هستند. این مدل همچنین دارای محدودیت‌هایی مانند پیچیدگی سیستم هستند. به طوری که طراحی و نگهداری آن دشوار است.

مدل داده شبکه شامل اجزاء زیر است: 

• طرح واره شبکه (سازمان پایگاه داده)
• طرحواره فرعی (نمایش پایگاه داده به ازای هر کاربر)
• زبان مدیریت داده (رویه‌ای)

پایگاه داده رابطه‌ای

از سال ۱۹۷۰ تا به امروز  عصر دیتابیس رابطه‌ای نامیده می‌شود. در سال ۱۹۷۰ مدل رابطه‌ای توسط E.F. Codd پیشنهاد شد. مدل دیتابیس رابطه‌ای دارای دو اصطلاح اصلی به نام‌های instance و schema است. instance یک جدول با سطر یا ستون است. Schema ساختاری مانند نام رابطه، نوع هر ستون و نام را مشخص می‌کند. این مدل از برخی مفاهیم ریاضی مانند نظریه مجموعه‌ها و منطق محمول استفاده می‌کند.

در همین دوره و در سال ۱۹۹۵ اولین اپلیکیشن دیتابیس اینترنتی ایجاد شد. در دوران پایگاه داده رابطه‌ای، مدل‌های بیشتری مانند مدل شی‌گرا (object-oriented model)، مدل رابطه‌ای (object-relational model) و موارد دیگری از این قبیل معرفی شدند.

در طراحی این نوع دیتابیس، چهار نوع رابطه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روابط وابستگی‌های عملکردی را در پایگاه داده تشکیل می‌دهند.:

• یک به یک: جایی که یک رکورد جدول به رکورد دیگری در جدول دیگر مربوط می‌شود
• یک به چند: جایی که یک رکورد جدول به چندین رکورد در جدول دیگر مربوط می‌شود
• چند به یک: جایی که بیش از یک رکورد جدول به رکورد جدول دیگری مربوط می‌شود
• چند به چند: جایی که چندین رکورد به بیش از یک رکورد در جدول دیگر مربوط می‌شود

 

پایگاه داده ابری

پایگاه داده ابری یا Cloud به شما کمک می‌کند تا داده‌ها را به صورت ساختاریافته در یک پلتفرم ابری ذخیره، مدیریت و بازیابی کنید. این داده‌ها از طریق اینترنت در هر زمان و مکانی قابل دسترسی هستند. پایگاه داده‌های ابری همچنین به عنوان سرویس DBaaS نیز شناخته می‌شوند؛ زیرا این دسه از پایگاه‌های داده امکان مدیریت سرویس را نیز در اختیار کاربران خود قرار می‌دهند. برخی از بهترین گزینه‌های پایگاه داده‌های ابری عبارت‌اند از:

• AWS (سرویس وب آمازون)
• محاسبات اسنوفالک 
• خدمات ابری پایگاه داده اوراکل
• سرور SQL مایکروسافت
• درایو ابری گوگل

پایگاه داده‌های ابری مزایای فراوانی را به همراه دارند. برخی از اصلی‌ترین مزایای این دسته از دیتابیس‌ها عبارت است از:

• هزینه پایین‌تر: به طور کلی، شرکت‌ها نیازی به سرمایه گذاری در پایگاه‌های داده ندارد. بلکه با استفاده از database ابری می‌تواند یک یا چند مرکز داده را نگهداری و پشتیبانی کند.
• خودکار بودن: دیتابیس‌های ابری با انواع فرآیندهای خودکار مانند بازیابی، خرابی و مقیاس خودکار تجهیز شده اند.
• افزایش دسترسی: شما می‌توانید از هر مکان و در هر زمان به دیتابیس مبتنی بر ابر خود دسترسی داشته باشید. تنها چیزی که نیاز دارید اینترنت است.

پایگاه داده NoSQL

NoSQL رویکردی برای طراحی پایگاه‌هایی است که می‌تواند مدل‌های داده‌ای متنوعی را در خود جای دهد. NoSQL روشی برای خروج از انحصار SQL به شمار می‌رود. در واقع این مدل یک جایگزین برای پایگاه داده‌های سنتی رابطه‌ای است که در آن داده‌ها در جداول قرار گرفته و ساختار داده‌ها قبل از ساخته شدن دیتابیس کاملاً طراحی شده است. دیتابیس‌های داده NoSQL برای مجموعه بزرگی از داده‌های توزیع شده مفید هستند. چند نمونه از سیستم NoSQL به همراه دسته بندی آن‌ها شامل موارد زیر است:

• MongoDB، CouchDB، Cloudant 
• Memcached، Redis، Coherence 
• HBase، Big Table، Accumulo

این دسته از پایگاه‌های داده نظیر تمام مدل‌های دیگر، مزایا و معایب خاص خود را دارند. اصلی‌ترین مزایای مدل NoSQL عبارت است از:

• مقایس‌پذیری بالا: NoSQL به دلیل مقیاس‌پذیری می‌تواند حجم وسیعی از داده‌ها را مدیریت کند. اگر داده‌ها رشد کنند، دیتابیس NoSQL آن را بزرگ می‌کند تا آن داده‌ها را به شیوه‌ای کارآمد مدیریت کند.
• دسترس‌پذیری بالا: NoSQL از کپی خودکار پشتیبانی می‌کند. تکثیر خودکار آن را بسیار در دسترس می‌سازد زیرا در صورت بروز هر گونه خرابی، داده‌ها خود را به حالت قبلی باز می‌گرداند.

همچنین معایب این مدل، شامل موارد زیر است:

• عدم وجود استاندارد مطمئن: NoSQL یک پایگاه منبع باز است، بنابراین هنوز استاندارد قابل اعتمادی برای NoSQL ندارد.
• چالش مدیریت: مدیریت داده در NoSQL بسیار پیچیده‌تر از پایگاه داده‌های رابطه‌ای است. نصب آن بسیار چالش برانگیز بوده و حتی مدیریت روزانه آن سخت‌تر می‌شود.
• نبود رابط گرافیکی: ابزارهای رابط کاربری گرافیکی برای NoSQL به راحتی در بازار در دسترس نیستند.
• چالش پشتیبان‌گیری: پشتیبان‌گیری نقطه ضعف بزرگی برای پایگاه‌های داده NoSQL است. برخی از پایگاه‌های داده، مانند MongoDB، هیچ رویکرد قدرتمندی برای پشتیبان‌گیری از داده‌ها ندارند.

پایگاه‌های داده شی گرا

پایگاه داده‌های شی گرا حاوی داده‌هایی به شکل شی و کلاس هستند. هر شی در این مدل، موجودیتی در دنیای واقعی را شامل می‌شود. دیتابیس شی گرا ترکیبی از ویژگی‌های مدل رابطه‌ای با اصول شی گرایی است. این نوع دیتابیس، یک پیاده سازی جایگزین برای مدل رابطه‌ای خواهد بود. مدل دیتابیس شی گرا حاوی ویژگی‌های زیر است:

• اشیاء
• کلاس‌ها
• وراثت
• پلی مورفیسم
• کپسوله سازی

در طراحی این نوع پایگاه داده، هر یک از المان‌های فوق در جای مشخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پایگاه‌های داده گراف

گراف یک پایگاه داده NoSQL برای نمایش گرافیکی از داده‌ها است. این دیتابیس شامل گره‌ها و لبه‌هاست؛ یک گره نشان دهنده یک موجودیت است و هر لبه نشان دهنده رابطه بین دو موجودیت درنظر گرفته شده است. هر گره نیز یک شناسه منحصر به فرد دارد.

پایگاه داده‌های گراف برای جستجوی رابطه بین داده‌ها مفید هستند؛ زیرا رابطه بین داده‌های مربوطه را متمایز  می‌کنند.

دیتابیس‌های گراف زمانی بسیار مفید هستند که دارای یک رابطه پیچیده و طرح واره پویا باشد. بیشتر در مدیریت زنجیره تامین، شناسایی منبع تلفن IP استفاده می‌شود.

اکنون که با انواع دیتابیس آشنا شدید، نوبت به معرفی سیستم مدیریت آن می‌رسد.

سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS)

سیستم مدیریت پایگاه داده نرم افزاری است که برای ذخیره و بازیابی آن استفاده می‌شود. سیستم‌های مدیریتی نظیر Oracle، MySQL و سایر موارد مشابه در این دسته قرار می‌گیرند. برخی از کاربردهای اصلی سیستم‌های مدیریت داده عبارت‌اند از:

• DBMS دسترسی به رابطی را فراهم می‌کند که برای انجام عملیات‌های مختلف مانند ایجاد، حذف، اصلاح و غیره استفاده می‌شود.
• DBMS به کاربر اجازه می‌دهد تا پایگاه داده‌های خود را بر اساس نیاز خود ایجاد کند.
• DBMS درخواست برنامه را می‌پذیرد و داده‌های خاصی را از طریق سیستم عامل ارائه می‌دهد.
• DBMS شامل گروهی از برنامه‌هاست که طبق دستور کاربر عمل می‌کنند.

مزایای DBMS را می‌توان در این موارد خلاصه کرد:

• کنترل افزونگی داده: این سیستم تمام داده‌ها را در یک فایل پایگاه داده ذخیره می‌کند، بنابراین می‌تواند افزونگی داده‌ها را کنترل کند.
• قابلیت اشتراک‌گذاری: یک کاربر مجاز می‌تواند داده‌ها را بین چندین کاربر به اشتراک بگذارد.
• امکان پشتیبان‌گیری: زیرسیستم پشتیبان گیری و بازیابی را فراهم می‌کند. این سیستم بازیابی داده‌های خودکار را از خرابی سیستم ایجاد می‌کند و در صورت نیاز داده‌ها را بازیابی می‌کند.
• دسترسی به چندین رابط کاربری: DBMS دسترسی به نوع متفاوتی از رابط‌های کاربری مانند رابط کاربری گرافیکی، رابط‌های برنامه کاربردی را فراهم می‌کند.

همچنین معایب این سیستم شامل موارد زیر می‌شود:

• مدیریت نادرست حافظه: فضای دیسک بزرگ و حافظه زیادی را اشغال می‌کند تا کارآمد اجرا شود.
• هزینه بالا: اجرای نرم افزار DBMS نیازمند یک پردازشگر داده با سرعت بالا و حافظه بزرگتر بوده و از همین رو هزینه بر است.
• پیچیدگی: DBMS پیچیدگی و الزامات بیشتری ایجاد می‌کند.

در کنار سیستم‌های مدیریت پایگاه داده، ممکن است کلمه سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای یا همان RDBMS نیز به گوش شما بخورد.به طور خلاصه، RDBMS یک DBMS جدولی است که امنیت، یکپارچگی، دقت و سازگاری داده‌ها را حفظ می‌کند. این مدل از سیستم‌های مدیریتی به صورت جدولی نشان داده شده که شامل سطر و ستون است. یک پایگاه داده رابطه‌ای شامل اجزای زیر است:

• جدول
• ضبط / تاپل
• نام فیلد/ستون/ویژگی
• نمونه، مثال
• طرحواره
• کلیدها

کدام پایگاه داده برای شما مناسب است؟

در این مقاله به بررس دیتا بیس چیست و معرفی انواع آن پرداختیم اما باید بدانیم که کدام نوع مناسب کسب و کار ماست. کسب‌وکارهایی که نیازمندی‌های دیتابیس ساده هستند، اغلب از ابزارهای اداری استاندارد، مانند صفحات گسترده استفاده می‌کنند. با این حال، اگر از حجم داده زیادی دارید یا نیازهای تجاری پیچیده‌ای دارید، ممکن است لازم باشد سیستم‌های دیتابیس توانمندتری را در نظر بگیرید که عملکرد بهتری ارائه می‌دهند. نکاتی را بیابید که به شما در تصمیم گیری بهترین پایگاه داده برای کسب و کار شما کمک کند.