سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) چیست؟

پایگاه داده یا دیتابیس مجموعه ای از داده های مرتبط است که برخی از ابعاد دنیای واقعی را نشان می دهد. سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) نیز یک پکیج نرم افزاری محسوب می شود که برای تعریف، دستکاری، بازیابی و مدیریت داده های موجود در دیتابیس طراحی شده است. در ادامه این مطلب خصوصیات، معایب و مزایای این سیستم را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

سیستم مدیریت پایگاه داده چیست؟

سیستم مدیریت دیتابیس (Database Management System) نرم افزاری است که با در نظرگیری معیارهای امنیتی مهم، اطلاعات کاربران را بازیابی و ذخیره می کند، این سیستم در حقیقت شامل گروهی از برنامه هایی است که با پایگاه داده ارتباط دارند. نرم افزار DBMS درخواست دیتا از یک اپلیکیشن را قبول کرده و سپس به سیستم عامل دستور ساخت دیتایی خاص را ارسال می کند. علاوه بر این DBMS در سیستم های بزرگ نیز امکان ذخیره یا بازیابی داده را در اختیار کاربران و نرم افزارهای ثالث قرار می دهد.

کاربران با استفاده از ابزار DBMS می توانند بر اساس نیاز خود، یک دیتابیس اختصاصی توسعه دهند. در واقع اصطلاح DBMS شامل کاربران پایگاه داده و دیگر برنامه های کاربردی است، به عبارت دیگر این نرم افزار همانند یک پل ارتباطی بین داده ها و اپلیکیشن های کاربردی عمل می کند.

یک مثال از DBMS

پایگاه داده یک دانشگاه را در نظر بگیرید که اطلاعات مربوط به دانشجویان، دوره های آموزشی و نمرات را در خود ذخیره می کند. فایل های موجود در این دیتابیس به صورت زیر سازمان دهی می شوند:

1. فایل های STUDENT که داده های مربوط به هر دانشجو را ذخیره می کند.
2. فایل های COURSE که داده های هر دوره آموزشی را در خود ذخیره می کند.
3. فایل های SECTION که اطلاعات مربوط به بخش هایی از یک دوره خاص را در خود ذخیره خواهد کرد.
4. پرونده های GRADE که نمرات کسب شده توسط هر دانش آموز در بخش های مختلف را ذخیره می کند.
5. فایل های TUTOR که اطلاعات مربوط به هر کدام از اساتید را ذخیره خواهد کرد.

حال برای تعریف یک سیستم پایگاه داده به صورت زیر عمل خواهیم کرد:

• ما باید ساختار رکورد (سوابق) هر فایل را از طریق تعریف انواع مختلفی از اجزای داده برای ذخیره در هر رکورد مشخص کنیم.
• ما همچنین می توانیم از یک طرح کدنویسی برای نشان دادن مقادیر یک دیتا استفاده کنیم.
• به طور کل، دیتابیس شما شامل 5 جدول با یک کلید خارجی خواهد بود که این کلید در بین جداول گوناگون تعریف شده است.

تاریخچه DBMS

روند تاریخی طراحی سیستم مدیریت پایگاه داده به شرح زیر است:

• سال 1960، چارلز بکمن اولین سیستم DBMS را طراحی کرد.
• سال 1970، سیستم مدیریت اطلاعات (IMS) کمپانی IBM توسط ادگار کاد معرفی شد.
• سال 1976، پیتر چن مدل موجودیت-رابطه (Entity-relationship) یا همان ER مدل را معرفی کرد.
• سال 1980، مدل رابطه ای به عنوان یکی از کامپوننت های اصلی دیتابیس پذیرفته شد.
• سال 1985، سیستم DBMS شی گرایی توسعه داده شد.
• سال 1990، سیستم DBMS شی گرایی با رابطه ای ادغام شد.
• سال 1991، مایکروسافت از نرم افزار خود رونمایی کرد و این محصول جایگزین تمام محصولات DBMS دیگر شد.
• سال 1995، از اولین اپلیکیشن پایگاه داده اینترنت رونمایی شد.
• سال 1997، زبان نشانه گذاری گسترش پذیر یا همان XML به روی پردازش دیتابیس اعمال شد. بسیاری از کمپانی های نرم افزاری XML را با محصولات DBMS خود ادغام کردند.

خصوصیات DBMS

• امنیت سطح بالا و جلوگیری افزونگی داده (Redundancy)
• ماهیت خود توصیفی (Self-describing) برای یک سیستم پایگاه داده
• جداسازی بین برنامه ها و انتزاع داده ها
• پشتیبانی از نمای چندگانه داده ها
• اشتراک گذاری داده ها و پردازش تراکنش های چندکاربری
• ساخت جداول از موجودیت ها و روابط بین آنها
• پشتیبانی از قابلیت ACID (تجزیه ناپذیری، همخوانی، انزوا و پایایی)
• پشتیبانی از محیط مولتی یوزر برای دسترسی و دستکاری موازی کاربران

کاربران در محیط DBMS

در ادامه گروه های مختلف کاربران یک نرم افزار DBMS را بررسی خواهیم کرد:

• برنامه نویسان کاربردی : برنامه نویسان کاربردی با استفاده از زبان های برنامه نویسی مختلف اپلیکیشن هایی برای تعامل با پایگاه داده توسعه می دهند.
• مدیران پایگاه داده : مسئول یک دیتابیس مدیریت کل سیستم DBMS را بر عهده دارد؛ وی با نام ادمین دیتابیس یا DBA شناخته می شود.
• کاربران نهایی : کاربران نهایی افرادی هستند که با نرم افزار DBMS تعامل خواهند داشت؛ آن ها عملیات مختلفی از قبیل بازیابی، حذف و به روز رسانی داده های دیتابیس را انجام می دهند.

نرم افزارهای محبوب DBMS

معروف ترین نرم افزارهای سیستم مدیریت پایگاه داده عبارتند از:

• MySQL
• Microsoft Access
• Oracle
• PostgreSQL
• dBASE
• FoxPro
• SQLite
• IBM DB2
• LibreOffice Base
• MariaDB
• Microsoft SQL Server

کاربردهای DBMS در بخش های مختلف

• سیستم بانکداری : از سیستم مدیریت پایگاه داده برای سامان دهی اطلاعات مشتریان، فعالیت های حساب، پرداختی، سپرده ها، وام و غیره استفاده می شود.
• آزانس های هواپیمایی : برای مرتب سازی اطلاعات مربوط به رزور بلیط و جداول زمان بندی شده استفاده می شود.
• دانشگاه : برای مدیریت اطلاعات دانشجویان، ثبت نام، دوره های آموزشی و نمرات دانشجویان مورد استفاده موسسات آموزشی قرار می گیرد.
• مخابرات : برای ذخیره ریز مکالمه، صورت حساب ماهیانه، مانده حساب و غیره استفاده می شود.
• موسسات مالی : برای ذخیره اطلاعات مربوط به خرید و فروش ابزارهای مالی مانند سهام و اوراق بهادار مورد استفاده موسسات مالی قرار می گیرد.
• بازرگانی : برای ذخیره داده های مشتریان، محصولات و اطلاعات فروش استفاده خواهد شد.
• کارخانجات : برای مدیریت زنجیره تامین، ردیابی اقلام تولیدی و موجودی انبار کارخانجات استفاده می شود.
• مدیریت منابع انسانی : برای مدیریت اطلاعات کارمندان، حقوق، پرداخت ماهیانه، کسر از حقوق و چک های پرداختی استفاده می شود.

انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده

4 نوع سیستم مدیریت پایگاه داده به نام های سلسله مراتبی (Hierarchical)، مدل شبکه ای (Network)، مدل رابطه ای (Relational) و شی گرایی (Object Oriented) وجود دارند که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند.

1- سیستم مدیریت پایگاه داده سلسله مراتبی :

در پایگاه داده سلسله مراتبی، مدل داده ها در ساختاری شبیه به درخت سازمان دهی می شوند؛ در حقیقت داده ها به صورت سلسله مراتبی (از بالا به پایین یا از پایین به بالا) ذخیره می شوند. داده ها به صورت سرشاخه و زیرشاخه نمایش داده می شوند به گونه ای که دیتای سرشاخه ممکن است شامل چندین زیرشاخه باشد اما دیتای زیرشاخه  فقط یک سرشاخه خواهد داشت.

2- مدل شبکه ای :

مدل شبکه ای برخلاف مدل سلسله مراتبی به دیتای زیرشاخه اجازه می دهد تا چندین سرشاخه داشته باشد. این ویژگی به شما کمک خواهد کرد تا روابط پیچیده تری نظیر Many-to-Many را الگوبرداری کنید. در این مدل، موجودیت ها در گرافی سازمان دهی می شوند که دسترسی به آن از مسیرهای گوناگون امکان پذیر است.

3- مدل رابطه ای :

مدل رابطه ای به علت سهولت به عنوان رایج ترین نوع DBMS شناخته می شود و مبتنی بر عادی سازی دیتا در سطر و ستون جداول است. مدل رابطه ای در سازه های ثابت ذخیره شده و با استفاده از SQL دستکاری می شوند.

4- مدل شی گرایی :

در مدل شی گرایی، دیتا به صورت شی (Object) در دیتابیس ذخیره می شود، در حقیقت دیتا در ساختارهایی به نام کلاس نمایش داده خواهند شد. دیتابیس در این مدل به عنوان مجموعه ای از اشیا تعریف می شود که مقادیر و عملیات دیتا در آن ذخیره خواهد شد.

مزایای سیستم DBMS

• سیستم DBMS تکنیک های مختلفی برای بازیابی و ذخیره دیتا در اختیار شما قرار می دهد.
• سیستم DBMS به عنوان یک گرداننده کارآمد و با استفاده از دیتاهای یکسان، نیاز چندین اپلیکیشن را برطرف می کند.
• روش های مدیریت یکسان برای دیتا را فراهم می کند.
• برنامه نویسان اپلیکیشن هرگز در معرض جزییات نمایش و ذخیره سازی دیتا قرار نخواهند گرفت.
• سیستم DBMS از توابع گوناگون و قدرتمند در راستای بازیابی و ذخیره کارآمد داده ها استفاده می کند.
• این سیستم امنیت و یکپارچگی داده ها را در اختیار شما قرار می دهد.
• سیستم مدیریت پایگاه داده در قبال دسترسی غیر مجاز به دیتا، محدودیت های سختگیرانه ای اعمال می کند.
• روش دسترسی همزمان به دیتا در این سیستم به گونه ای است که فقط یک کاربر اجازه دسترسی به دیتای مشابه را خواهد داشت.
• کاهش زمان توسعه اپلیکیشن را برای توسعه دهندگان به ارمغان می آورد.

معایب سیستم DBMS

علی رغم اینکه سیستم مدیریت پایگاه داده، مزیت های بسیاری در اختیارتان قرار می دهد اما معایبی نیز دارد که مهم ترین آنها عبارتند از:

• هزینه خرید سخت افزار و نرم افزار سیستم های DBMS بسیار زیاد است، بنابراین بودجه سازمان افزایش خواهد یافت.
• سیستم های DBMS بسیار پیچیده هستند به گونه ای که کاربران قبل از استفاده از آن باید آموزش های لازم را دیده باشند.
• در برخی از سازمان ها، تمام دیتا در یک دیتابیس ذخیره می شود و در صورت نوسانات برقی ممکن است آسیب جدی به آن وارد شود. علاوه بر این فضای ذخیره سازی دیتابیس نیز ممکن است دچار آسیب شود.
• از آنجایی که تمام کاربران از یک برنامه استفاده می کنند، امکان از دست رفتن برخی از داده ها وجود خواهد داشت.
• سیستم های DBMS قادر به پردازش محاسبات پیچیده نیستند.

چه زمانی نباید از سیستم DBMS استفاده کرد؟

اگرچه سیستم های مدیریت پایگاه داده کاربردهای بسیار زیادی دارند اما استفاده از آن در شرایطی که بودجه یا تخصص کافی برای اجرای آن در دسترس نباشد، به هیچ وجه توصیه نمی شود. در چنین شرایطی می توان از نرم افزارهای اکسل، CSV یا Flat File استفاده کرد.