پایگاه داده چیست؟ راهنمای کامل انواع، کاربردها و تاریخچه آن

در دنیای اطلاعاتی امروز داده‌ها به عنوان ارزشمند‌ترین دارایی‌های سازمان‌ها شناخته می‌شود. برای مدیریت و سازماندهی این حجم عظیم داده‌ها نیازمند سیستم‌هایی به نام پایگاه داده هستیم. در این مقاله، به بررسی مفهوم پایگاه داده، تاریخچه آن، انواع مختلف پایگاه داده‌ها و کاربردهای گسترده آن‌ها می‌پردازیم. قبل از اینکه با پایگاه داده آشنا شویم، لازم است بدانیم که داده چیست؟

داده چیست؟

داده‌ها به هر چیزی گفته می‌شود که بتوان آن را جمع‌آوری، ذخیره و پردازش کرد. این داده‌ها می‌توانند از انواع مختلفی مانند اعداد، متن، تصاویر، صوت و ویدئو باشند. داده‌ها به صورت خام و بدون ساختار چندان کاربردی ندارند، اما با سازمان‌دهی و پردازش مناسب می‌توان از آن‌ها برای استخراج اطلاعات مفید و تصمیم‌گیری استفاده کرد.

پایگاه داده چیست؟

پایگاه داده یا data base مجموعه‌ای از داده‌ها است که به صورت سازمان‌یافته ذخیره شده و امکان دسترسی آسان، دستکاری و تجزیه و تحلیل داده‌ها را فراهم می‌کند. از پایگاه داده‌ها می‌توان برای طیف گسترده‌ای از داده‌ها از جمله داده‌های مالی، اطلاعات مشتری، سوابق موجودی و غیره استفاده کرد. انواع مختلفی از پایگاه داده وجود دارد که می‌توان از آن‌ها در برنامه‌های مختلفی استفاده کرد.

به طور کلی، پایگاه‌های اطلاعاتی ابزاری ضروری برای ذخیره و مدیریت داده‌ها به شیوه‌ای سازمان‌دهی‌شده، کارآمد و ایمن هستند.

تاریخچه پایگاه داده

مفهوم ذخیره و سازماندهی داده‌ها به شکل ساختاریافته به قدمت تاریخ بشر برمی‌گردد. اما شکل مدرن پایگاه داده‌ها که امروزه می‌شناسیم، محصول چند دهه تحقیق و توسعه است.

• دوران اولیه: در ابتدا، داده‌ها به صورت دستی و در فایل‌های ساده ذخیره می‌شدند. این روش بسیار مستعد خطا و زمان‌بر بود.
• ظهور سیستم‌های مدیریت فایل: با پیشرفت فناوری کامپیوتر، سیستم‌های مدیریت فایل برای سازماندهی بهتر داده‌ها ایجاد شدند اما این سیستم‌ها همچنان محدودیت‌هایی داشتند.
• نسل اول پایگاه داده‌ها: در دهه 1960، پایگاه داده‌های سلسله مراتبی و شبکه‌ای برای ایجاد سیستم‌های مدیریت پایگاه داده جامع به وجود آمدند.
• انقلاب مدل رابطه‌ای: در دهه 1970، مدل رابطه‌ای توسط ادگار کاد معرفی شد که به دلیل سادگی و انعطاف‌پذیری، به استاندارد صنعت تبدیل شد.
• پایگاه داده‌های NoSQL: با افزایش حجم داده‌ها و نیاز به پردازش سریع، پایگاه داده‌های NoSQL در دهه‌های اخیر به عنوان جایگزینی برای پایگاه داده‌های رابطه‌ای در برخی کاربردها مطرح شدند.

چرا تاریخچه مهم است؟

آشنایی با تاریخچه پایگاه داده به شما کمک می‌کند تا درک عمیق‌تری از مفاهیم پایگاه داده، چالش‌های موجود و روندهای آینده این حوزه داشته باشید. همچنین، این دانش به شما در انتخاب بهترین پایگاه داده برای پروژه‌های خود کمک خواهد کرد.

انواع پایگاه داده

انواع مختلفی از database وجود دارد که سازمان‌ها باید با توجه به نیاز‌های خود از آن‌ها استفاده کنند.

پایگاه داده رابطه‌ای (Relational Databases)

پایگاه داده رابطه‌ای نوعی از پایگاه داده است که داده‌ها به صورت ردیف و ستون‌هایی قرار می‌گیرند که مجموعا جدولی را تشکیل می‌دهد به طوری که نقاط داده به یکدیگر مرتبط هستند.

در این نوع پایگاه داده، داده‌ها معمولا در چندین جدول ساخته می‌شوند که از طریق یک کلید اولیه یا کلید خارجی به یکدیگر متصل می‌شود. به طور مثال شرکتی می‌خواهد محصولاتی را به صورت آنلاین به فروش برساند، در نتیجه زمانی که مشتری سفارش را ثبت می‌کند باید یک سری اطلاعات مثل اینکه: این سفارش توسط چه کسی ثبت شده، به کجا فرستاده شود و چه تعدادی است را مشخص کند.

پایگاه داده شی گرا (Object oriented database)

پایگاه داده شی گرا نوعی سیستم مدیریت پایگاه داده است که برای ذخیره و مدیریت ساختارهای داده پیچیده و روابط بین آنها طراحی شده است. این پایگاه داده‌ها بر اساس اصول برنامه نویسی شی گرا کار می کنند، جایی که داده ها به صورت اشیاء با ویژگی ها و رفتارهای تعریف شده سازماندهی می‎شوند.

مزایا:

• قابلیت مدیریت ساختارهای داده پیچیده: یکی از مزایای اصلی پایگاه داده های شی گرا، توانایی آنها در مدیریت ساختارهای داده پیچیده و روابط بین آنهاست. این پایگاه داده‌ها به شما امکان می دهند داده‌ها را به صورت اشیاء و روابط آنها با یکدیگر تعریف کنید. این امر نمایش اشیاء و روابط آنها در دنیای واقعی را به روش ساده تری امکان پذیر می کند.
• قابلیت مدیریت حجم بالای داده: پایگاه داده‌های شی گرا همچنین قادر به مدیریت حجم بالای داده هستند. زیرا داده‌ها به جای جدول‌ها، به صورت اشیاء سازماندهی می شوند، مقیاس بندی این پایگاه داده‌ها برای مدیریت حجم زیاد داده آسان تر است. این امر به ویژه در مواردی که داده‌ها به طور مداوم در حال تغییر یا افزودن هستند، مانند برنامه های تحلیلی در زمان واقعی، مفید است.
• انعطاف پذیری و سازگاری: پایگاه داده های شی گرا بسیار انعطاف پذیر و سازگار هستند، به این معنی که می توانند به راحتی تغییرات در ساختارهای داده و نیازها را مدیریت کنند.
• بهبود عملکرد: پایگاه داده های شی گرا برای نمایش و دستکاری کارآمد ساختارهای داده پیچیده و روابط بین آنها بهینه شده‎اند، که منجر به بهبود عملکرد می شود.
• قابلیت ادغام با سایر سیستم‌ها: پایگاه داده‌های شی گرا برای برنامه‌هایی که نیاز به ادغام انواع مختلف داده ها و منابع دارند، مناسب هستند.

معایب:

• پیچیدگی: یکی از معایب اصلی پایگاه داده‌های شی گرا، پیچیدگی و دشواری یادگیری و استفاده از آنهاست.
• عدم پشتیبانی از SQL: پایگاه داده‌های شی گرا از SQL، زبان استاندارد و پرکاربرد برای مدیریت و پرس و جو از داده‌ها در پایگاه داده های رابطه ای، پشتیبانی نمی کنند.
• محدودیت پشتیبانی فروشنده: ممکن است پشتیبانی فروشنده و منابع برای پایگاه داده‌های شی گرا نسبت به سایر مد‌ل‎های پایگاه داده محدودتر باشد.
• عدم سازگاری با سایر مدلهای پایگاه داده: ممکن است پایگاه داده های شی گرا با سایر مدل های پایگاه داده سازگار نباشند، که می‌تواند قابلیت همکاری و ادغام آنها با سایر سیستم ها و برنامه ها را محدود کند.
• مناسب نبودن برای همه کاربردها: در برخی موارد، یک پایگاه داده رابطه ای سنتی ممکن است بسته به نیازهای خاص برنامه مناسب تر باشد.

پایگاه داده توزیع شده (Distributed database)

پایگاه داده‌های توزیع شده، همانطور که از نام آنها پیداست، از چندین کامپیوتر تشکیل شده اند که داده ها در کامپیوترهای مختلف توزیع می شوند. این در مقابل کامپیوترهای تک گره ای است که کل پایگاه داده روی یک کامپیوتر واحد اجرا می شود.

چرا به پایگاه داده های توزیع شده نیاز داریم؟

دلایل زیادی برای نیاز به پایگاه داده های توزیع شده وجود دارد، از جمله:

• حجم بالای داده: برخی برنامه‌ها نیاز به ذخیره حجم زیادی از داده دارند که از ظرفیت یک کامپیوتر واحد فراتر می رود.
• سرعت پردازش داده: تجزیه و تحلیل کل داده‎ها زمان زیادی می برد. استفاده از قدرت چندین کامپیوتر به طور همزمان می تواند سرعت پرس‎و‎جوها را افزایش دهد.
• مقاومت در برابر خطا: پایگاه داده‎های توزیع شده می توانند در برابر خطاها مقاوم باشند. اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد، کل سیستم از کار نخواهد افتاد.

دو الگوی اصلی پایگاه داده های توزیع شده

دو الگوی اصلی برای پایگاه داده های توزیع شده وجود دارد:

• پایگاه داده‌های محاسبات بزرگ (Big Compute Databases): در این الگو، داده‌ها به طور مساوی بین گره‎های مختلف تقسیم می شوند و هر گره پرس‎و‎جو را روی زیر مجموعه ای از داده‌ها اجرا می کند. سپس نتایج همه پرس و جوها ترکیب می شوند.
• پایگاه داده های با قابلیت دسترسی بالا (High Availability Databases): در این الگو، چندین نسخه از داده ها روی گره های مختلف ذخیره می شوند. این باعث می شود که در صورت خرابی یک گره، سیستم همچنان قابل استفاده باشد.

پایگاه داده ابری (Cloud database)

پایگاه داده ابری، پایگاه داده ای است که در فضای ابری میزبانی و مدیریت می شود. این بدان معناست که داده‌ها به جای یک سرور فیزیکی داخلی، از طریق اینترنت ذخیره و قابل دسترسی هستند. پایگاه داده‌های ابری دارای چند ویژگی مهم هستند: تا زمانی که اتصال اینترنتی داشته باشید، می‌توانید از هر مکانی به آن‌ها دسترسی داشت، که آنها را برای تیم‌های راه دور و کسب‌وکارهایی که نیاز به دسترسی به داده‌های در حال حرکت دارند، ایده‌آل می‌کند. علاوه بر این، پایگاه داده‌های ابری بسیار سریع راه‌اندازی می‌شوند و به راحتی برای برآورده کردن نیازهای داده‌ای در حال تغییر، افزایش یا کاهش می‌یابند. 

مزایای پایگاه داده های ابری

• سهولت استفاده: پایگاه داده های ابری به شما امکان می‎دهند به راحتی و بدون نیاز به دانش تخصصی، پایگاه داده خود را راه اندازی و مدیریت کنید.
• مقیاس پذیری: پایگاه داده های ابری به شما اجازه می دهند به راحتی ظرفیت پایگاه داده خود را افزایش یا کاهش دهید تا با رشد کسب و کار شما سازگار باشد.
• مقاومت در برابر خطا: پایگاه داده های ابری معمولا دارای قابلیت های پشتیبان گیری و بازیابی اطلاعات هستند که به شما کمک می کنند در صورت بروز مشکلات فنی، داده های خود را بازیابی کنید.
• هزینه بهینه: استفاده از پایگاه داده های ابری می تواند هزینه های مربوط به خرید، نگهداری و پشتیبانی از سخت افزار و نرم افزار را کاهش دهد.

مقایسه پایگاه داده های ابری با پایگاه داده های سنتی

در مقایسه با پایگاه داده های سنتی، پایگاه داده های ابری چندین مزیت دارند، از جمله:

• سهولت استفاده: پایگاه داده های ابری به مراتب ساده تر از پایگاه داده های سنتی هستند.
• مقیاس پذیری: پایگاه داده های ابری به راحتی قابل مقیاس پذیری هستند، در حالی که مقیاس پذیری پایگاه داده های سنتی ممکن است دشوارتر باشد.
• هزینه بهینه: هزینه استفاده از پایگاه داده های ابری معمولا کمتر از هزینه استفاده از پایگاه داده های سنتی است.

پایگاه داده نموداری یا گراف (Graph databases)

پایگاه داده های گراف نوعی پایگاه داده هستند که برای ذخیره و مدیریت داده هایی با روابط پیچیده استفاده می شوند. 

مقایسه با پایگاه داده های رابطه ای

یکی از تفاوت های اصلی بین پایگاه داده های گراف و پایگاه داده های رابطه ای، نحوه نمایش روابط بین داده‎ها است. در پایگاه داده های رابطه ای، روابط بین داده‎ها با استفاده از کلیدهای خارجی تعریف می‎شوند. این باعث می شود که تعریف و مدیریت روابط پیچیده در این نوع پایگاه داده ها دشوار باشد. در مقابل، پایگاه داده های گراف روابط را به صورت مستقیم بین داده ها تعریف می کنند، که این امر باعث می شود مدیریت روابط پیچیده در این نوع پایگاه داده ها بسیار ساده تر باشد.

مزایای پایگاه داده‌های گراف (Graph databases)

• مدیریت روابط پیچیده: پایگاه داده های گراف برای مدیریت روابط پیچیده بین داده‌ها بسیار مناسب هستند. این امر به ویژه در مواردی که داده‌ها دارای ساختارهای پیچیده و غیرخطی هستند، مفید است.
• انعطاف پذیری: پایگاه داده‌های گراف بسیار انعطاف پذیر هستند و می‎توانند با تغییرات در ساختار داده‎ها به راحتی سازگار شوند.
• سرعت و کارایی: پایگاه داده های گراف برای پردازش سریع و کارآمد داده های گراف طراحی شده اند. این امر به ویژه در مواردی که نیاز به تحلیل داده‌های بزرگ و پیچیده دارید، مفید است.

معایب پایگاه داده های گراف

• پیچیدگی: استفاده از پایگاه داده های گراف ممکن است برای برخی از افراد پیچیده باشد.
• محدودیت در پرس و جوهای SQL: پایگاه داده های گراف معمولا از زبان پرس‎و‎جوی SQL پشتیبانی نمی کنند. این می تواند برای افرادی که با SQL آشنا هستند، چالش برانگیز باشد.
• هزینه بیشتر: استفاده از پایگاه داده های گراف ممکن است نسبت به پایگاه داده های رابطه ای هزینه بیشتری داشته باشد.

کاربردهای پایگاه داده های گراف

پایگاه داده های گراف در بسیاری از زمینه ها، از جمله شبکه های اجتماعی، توصیه های سیستم، تجزیه و تحلیل داده های گراف، و هوش مصنوعی کاربرد دارند.

•  پایگاه داده NoSQL

SQL یا Structured Query Language، یک زبان برنامه نویسی با رویکرد سنتی است که به پایگاه های داده رابطه ای اجازه می دهد تا طرحواره های از پیش تعریف شده را مدل سازی کنند تا داده های ساختار یافته مانند ردیف ها و جداول را مدیریت کنند. از سوی دیگر، NoSQL که مخفف « Not Only SQL» است، رویکردی انعطاف‌پذیرتر و غیر رابطه‌ای را ارائه می‌کند که برای مدیریت داده‌های بدون ساختار یا پویا ایده‌آل است. 

مزایای پایگاه داده های NoSQL

• مقیاس پذیری افقی: پایگاه داده های NoSQL می توانند به صورت افقی مقیاس پذیر شوند، یعنی می‎توان به راحتی تعداد سرورهای پایگاه داده را افزایش داد تا با افزایش حجم داده‎ها و تعداد پرس‌و‌جوها سازگار شوند.
• انعطاف پذیری: پایگاه داده های NoSQL نیازی به تعریف ساختار داده از پیش تعیین شده ندارند. این به معنای آن است که شما می‌توانید به راحتی ساختار داده های خود را تغییر دهید بدون اینکه نگرانی در مورد از دست دادن داده ها داشته باشید.
• سرعت و کارایی: پایگاه داده های NoSQL معمولا نسبت به پایگاه داده های رابطه‌ای سریع‎تر و کارآمدتر هستند.

چگونه پایگاه داده های NoSQL کار می‌کنند؟

پایگاه داده های NoSQL از یک ساختار ساده و مبتنی بر کلید-مقدار استفاده می کنند. هر آیتم در پایگاه داده دارای یک کلید منحصر به فرد و یک مقدار است. این ساختار ساده باعث می شود که پایگاه داده های NoSQL به راحتی مقیاس پذیر شوند.

مقایسه پایگاه داده‌های NoSQL با پایگاه داده‌های رابطه‌ای

در مقایسه با پایگاه داده های رابطه ای، پایگاه داده های NoSQL چندین مزیت دارند، از جمله:

• مقیاس پذیری بهتر: پایگاه داده‌های NoSQL به راحتی می‌توانند مقیاس پذیر شوند، در حالی که مقیاس پذیری پایگاه داده های رابطه ای ممکن است دشوارتر باشد.
• انعطاف پذیری بیشتر: پایگاه داده های NoSQL نیازی به تعریف ساختار داده از پیش تعیین شده ندارند، در حالی که پایگاه داده های رابطه ای به ساختار داده از پیش تعیین شده نیاز دارند.
• سرعت و کارایی بیشتر: پایگاه داده های NoSQL معمولا نسبت به پایگاه داده های رابطه ای سریعتر و کارآمدتر

 کاربرد‌های پایگاه داده در دنیای امروزی

پایگاه داده‌ها در دنیای امروز اهمیت و کاربرد‌های بسیاری دارد به طوری که در اکثر سازمان‌ها به منظور‌ها مختلف از آن‌ها استفاده می‌شود. 

• پایگاه داده در تجارت

ساده سازی فرآیندهای مدیریت داده برای هوش تجاری کارآمد بسیار مهم است. با پیاده سازی یک سیستم پایگاه داده قوی، سازمان ها می توانند داده های خود را متمرکز کرده و از صحت و ثبات آن اطمینان حاصل کنند. این امر به تحلیلگران داده و تصمیم گیرندگان این امکان را می دهد که به اطلاعات مورد نیاز خود به موقع دسترسی داشته باشند که منجر به تصمیم گیری های آگاهانه تر و مبتنی بر داده ها می شود. علاوه بر این، یک پایگاه داده با طراحی خوب می تواند کارهای تکراری مانند ورود داده ها و پاکسازی داده ها را خودکار کند و در زمان و منابع با ارزش صرفه جویی کند. با فرآیندهای مدیریت داده کارآمد، کسب و کارها می توانند عملیات خود را بهینه کنند و مزیت رقابتی در چشم انداز دیجیتال پرسرعت امروز به دست آورند.

• تجزیه و تحلیل با سرعت بالا

تجزیه و تحلیل جنبه حیاتی کسب و کارهای مدرن است. این به سازمان ها اجازه می دهد تا بینش های ارزشمندی به دست آورند و بلافاصله تصمیمات آگاهانه بگیرند. با تجزیه و تحلیل داده‌ها در حین تولید، کسب و کارها می توانند روندها را شناسایی کنند، ناهنجاری ها را شناسایی کنند و به سرعت به شرایط متغیر بازار واکنش نشان دهند. تجزیه و تحلیل بلادرنگ به کسب و کارها این امکان را می دهد تا عملیات خود را بهینه کنند، تجربیات مشتری را بهبود بخشند و از رقبا جلوتر بمانند.

سخن پایانی

همانطور که گفتیم انواعی از پایگاه داده وجود دارد که کاربرد‌های گوناگونی دارند و در هر سازمانی با توجه به نیاز‌هایی که وجود دارد، از آن‌ها استفاده می‌شود. کاربرد‌های پایگاه‌  داده در دنیای امروز بیشمار است و امروزه به عنوان عضو جدا ناپذیر از کسب‌وکار‌ها شناخته می‌شوند. ما در جهاد دانشگاهی صنعتی شریف برای شما عزیزانی که علاقه‌مند ورود به یادگیری و به‌کارگیری علم داده هستید دوره‌هایی را تدوین و ارائه کرده ایم.