مقدمة في قواعد البيانات Database
إن الاستعمال المتزايد للتقنية المعلومات جعل لقواعد البيانات Database دورها الكبير فى جميع التخصصات التى يستخدم فيها الحاسب مثل ادارة الأعمال و الطب و القانون و الزراعة وحجز تذاكر الطيران...وأكثر.
فما هي قواعد البيانات Database .؟!! وما أنواع قواعد البيانات Database..؟! ومما تتألف أنظمة قواعد البيانات Database..؟!! وما أشهر البرامج المستخدمة في إدارة قواعد البيانات Database..؟؟!!
تعتبر المعلومات شريان الحياة فى المنظمات الحديثة وتَعتمدُ أكثر المنظماتِ الحديثةِ على أنظمةِ قواعدِ البيانات Database لإدارة وحماية المعلومات بكفاءة عالية ،أَصْبَحتْ قواعد البيانات (Database) الآن مكون اساسي في الحياة اليومية للمجتمعِات الحديثِه و تعتبر تكنولوجيا قواعد البيانات(Database) لها تأثير، في هذا المقال سنتحدث عن جزء مهم من عملية البرمجة وهو قواعد البيانات Database، لنبدأ…
في هذا المقال نتعرف على:
- تعريف قاعدة البيانات Database.
- نظام قواعد البيانات Database System.
- أنواع قواعد البيانات Database Types.
- مايجب مراعاته عند تصميم وإدارة قواعد البيانات.
- أشهر البرامج المستخدمة في إدارة قواعد البيانات.
- قواعد البيانات العلائقية Relational Databases.
- ماهو الفرق بين قواعد البيانات العلائقية Relational والشبكية Network؟
تعريف قاعدة البيانات Database
قاعدة البيانات Database هي مجموعة من البيانات المنظمة بشكل منطقي ومخزنة بشكل دائم على الحاسوب، وتسمح لمستخدمين متعددين بالوصول إليها وتحديثها. ممكن أن تتكون قاعدة البيانات على مجموعة من الجداول التي تحتوي على السجلات والحقول، ويمكن للمستخدمين تنفيذ عمليات مختلفة على هذه البيانات مثل البحث والإضافة والتعديل والحذف.
يمكن توضيح مفهوم قواعد البيانات Database بشكل أكثر تفصيلاً، قواعد البيانات Database تتألف من مجموعة من البيانات المحفوظة بطريقة منظمة بحيث يسهل الوصول لها ومعالجاتها وتستخدم قواعد البيانات Database أساليب متنوعة لتنظيم وتخزين البيانات بشكل منطقي يسهل الوصول إليها وإدارتها تبعاً لنوع قاعدة البيانات. وتعتمد قواعد البيانات على العديد من المفاهيم والأسس الأساسية مثل: نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS)Database Management System
و تستخدم قواعد البيانات Database في العديد من التطبيقات والمجالات مثل إدارة الأعمال والموارد البشرية والمالية والصحية والترفيهية وغيرها، وتعتبر من الأدوات الأساسية في الحوسبة وتحليل البيانات واتخاذ القرارات. وهناك العديد من أنواع قواعد البيانات مثل قواعد البيانات العلائقية Relational Databases و قواعد البيانات الغير علائقية Non-relational databases و قواعد البيانات الموزعة Distributed databases وغيرها.
نظام قواعد البيانات Database System
يعتبر نظام قواعد البيانات Database System جزء أساسياً في الحوسبة وإدارة البيانات، ويستخدم في مختلف المجالات مثل الأعمال والصحة والترفيه والتعليم وغيرها. و تتم إدارة قواعد البيانات Database بنظام يتألف من عدة عناصرأهمها :
- قاعدة البيانات Database: وتحتوي على مجموعة من البيانات المخزنة بشكل منظم ومرتب، وتستخدم لتنظيم وتخزين البيانات بشكل منطقي يسهل الوصول إليها وإدارتها.
- لغة الاستعلام Query Language: هي لغة تستخدم للتحكم في البيانات المخزنة في قاعدة البيانات Database ، وتتيح للمستخدمين تنفيذ العمليات المختلفة على البيانات مثل البحث والإضافة والتعديل والحذف.و ومن أشهر لغات الاستعلام SQL (Structured Query Language).
- المحرك Engine: وهو البرنامج الذي يتحكم بعمليات تخزين واسترجاع البيانات، ويقوم بتنفيذ الأوامر المدخلة من قبل المستخدم ويتأكد من صحة البيانات ويضمن عدم حدوث أخطاء في النظام.
- واجهة المستخدم User Interface: وهي الجزء الذي يتفاعل معه المستخدم لإدخال واسترجاع البيانات، ويمكن أن تكون واجهة النظام بشكل رسومي أو بسيطة مثل سطر الأوامر.
ويوضح الشكل التالي مثال على بيئة نظام قاعدة بيانات Database مبسطة:
أنواع أنظمة إدارة قواعد البيانات Database
و تتنوع أنظمة إدارة قواعد البيانات Database، ومن أهمها:
- نظام إدارة قواعد البيانات (Database Management System-DBMS): وهو البرنامج الذي يستخدم لتخزين وإدارة قواعد البيانات، ويتيح هذا النظام إمكانية إنشاء وتحرير وحذف البيانات، وكذلك تنفيذ الاستعلامات وإنشاء التقارير.
- نظام إدارة البيانات الكبيرة (Big Data Management System): وهو النظام الذي يستخدم لإدارة كميات كبيرة من البيانات، ويشمل هذا النظام العديد من التقنيات والأدوات مثل Hadoop وNoSQL.
- نظام إدارة قواعد البيانات الموزعة (Distributed Database Management System): وهو النظام الذي يستخدم لإدارة قواعد البيانات الموزعة على عدة أجهزة، ويتيح هذا النظام إمكانية تخزين البيانات على عدة أجهزة، وتوفير النسخ الاحتياطية وتوفير الأمان والحماية للبيانات.
بشكل عام، فإن إدارة قواعد البيانات (Database )هي عملية معقدة وحساسة، وتتطلب خبرة ومهارات متخصصة في هذا المجال، ويجب على المهنيين في هذا المجال الحرص على تحديث مهاراتهم ومعرفتهم بأحدث التقنيات والأدوات المستخدمة في إدارة قواعد البيانات، والعمل على تحسين الأداء والجودة والأمان والحماية للبيانات.
أنواع قواعد البيانات Database Types
وهناك العديد من أنواع قواعد البيانات(Database) التي تستخدم في مختلف المجالات، وتختلف بينها في الهيكل والطريقة التي تستخدم فيها لتنظيم وتخزين البيانات، يمكن اختيار النوع الأنسب حسب الاحتياجات والمتطلبات المحددة للمشروع أو التطبيق المراد استخدام النظام فيه.ومن أبرز أنواع قواعد البيانات Database Types:
- قواعد البيانات العلائقية Relational databases.
- وقواعد البيانات الغير علائقية Non-relational Databases.
- قواعد البيانات الشجرية Hierarchical Databases.
- قواعد البيانات الشبكية Network Databases.
- قواعد البيانات الكائنية Object-oriented Databases.
- قواعد البيانات السحابية Cloud Databases.
وهنا فكرة مبسطة عن أنواع قواعد البيانات Database:
قواعد البيانات العلائقية (Relational Databases):
هي الأنواع الأكثر شيوعاً واستخداماً من أنواع قواعد البيانات (Database) حيث يتم تخزين البيانات في جداول متعددة (Tables) لتخزين البيانات، وتربط تلك الجداول بعلاقات (Relationships) محددة. ويتم استخدام لغة SQL (Structured Query Language) للتعامل مع هذا النوع من قواعد البيانات.
قواعد البيانات الغير علائقية (Non-relational databases)
هذا النوع يعتبر تصنيف يتضمن عدة أنواع من قواعد البيانات (Database) ، هذا لأنه يعتمد على أساليب متنوعة لحفظ وتخزين البيانات ومعالجتها هذا النوع من قواعد البيانات لا يستخدم لغة SQL في بناء ومعالجة قواعد البيانات لهذا نجده دائماً باسم NoSQL Database ، ومن أنواع قواعد البيانات التي تنصف انها NoSQL التالي:
- قواعد البيانات الوثائقية (Document Databases): وتستخدم لتخزين البيانات في صيغة المستندات، مثل JSON أو XML، وتتميز بقدرتها على التعامل مع البيانات غير المنظمة بشكل فعال.
- قواعد البيانات الرسومية (Graph Databases): وتعتمد هذه الأنواع على استخدام الرسوم البيانية (Graphs)حيث تقوم على تخزين البيانات بشكل مرتبط بالرسوم البيانية، أي يتم ربط البيانات بواسطة العلاقات الرسومية.، وتستخدم في العديد من التطبيقات مثل الشبكات الاجتماعية وتحليل البيانات.
- مخزن القيمة الرئيسية key-value Stores: يعد هذا النوع أبسط شكل من أشكال قاعدة بيانات NoSQL. ويتم تخزين كل عنصر من عناصر البيانات في قاعدة البيانات في أزواج مفتاح (key) - قيمة (value) . يمكن استرداد البيانات باستخدام مفتاح فريد مخصص لكل عنصر في قاعدة البيانات.يمكن أن تكون القيم أنواع بيانات بسيطة مثل String والأرقام أو Objects. يشبه مخزن القيمة الرئيسية قاعدة بيانات علائقية تتكون من عمودين فقط وهما المفتاح و القيمة.ويتميز بالبساطة. وقابلية التوسع والسرعة
- قاعدة البيانات الموجهة بالأعمدة Column-oriented database: تخزن البيانات في أعمدة بدلاً من صفوف. هذا يعني أنه عندما نريد تشغيل التحليلات على عدد صغير من الأعمدة ، يمكنك قراءة هذه الأعمدة مباشرةً دون استهلاك الذاكرة بالبيانات غير المرغوب فيها. تم تصميم قواعد البيانات العمودية لقراءة البيانات بشكل أكثر كفاءة واسترداد البيانات بسرعة أكبر. تُستخدم قاعدة البيانات العمودية لتخزين كمية كبيرة من البيانات حيث تتميز قاعدة البيانات الموجهة بالأعمدة أنها قابلية التوسع و متجاوبة للغاية.
قواعد البيانات الشجرية (Hierarchical Databases):
وتستخدم هذه الأنواع من قواعد البيانات (Database) في تخزين البيانات التي تتبع تنظيم شجري، حيث يتم تخزين البيانات بشكل هرمي، ويتم الوصول إليها عن طريق العمليات التنظيمية.
قواعد البيانات الشبكية (Network Databases):
هذا النوع من قواعد البيانات (Database) يشبه قواعد البيانات الشجرية، إلا أنها يسمح بالوصول إلى البيانات من عدة طرق مختلفة، ويعتمد على استخدام العقد (Nodes) والربط (Link) لتخزين البيانات.
قواعد البيانات الكائنية (Object-oriented Databases):
ويعتمد هذ النوع من قواعد البيانات (Database) على استخدام الكائنات (Objects) لتخزين البيانات، ويتميز بالقدرة على التعامل مع البيانات بشكل أكثر تجريدية ومرونة.
قواعد البيانات السحابية (Cloud Databases):
قاعدة البيانات السحابية Cloud Databases هي قاعدة البيانات التي يتم تشغيلها على منصة حوسبة سحابية. هناك نوعان من نماذج النشر القياسية: يمكن للمستخدمين تشغيل قواعد البيانات (Database) على السحابة بشكل مستقل أو شراء إمكانية وصول من أحد موفري قواعد البيانات السحابية. يمكن لقواعد البيانات السحابية اتباع كل من نماذج بيانات SQL وNoSQL.
مايجب مراعاته عند تصميم وإدارة قواعد البيانات
بالإضافة إلى المواضيع التي تم ذكرها سابقًا، هناك بعض العناصر الأخرى التي يجب أخذها بعين الاعتبار عند التحدث عن تصميم و إدارة قواعد البيانات، وهي:
- نماذج قواعد البيانات: توجد العديد من النماذج والتصميمات المختلفة التي يمكن استخدامها عند تصميم قواعد البيانات، ويجب اختيار النموذج المناسب للغرض المطلوب، حيث تختلف النماذج في الشكل والتصميم والطريقة التي يتم بها تخزين البيانات.
- تطبيقات إدارة قواعد البيانات: يتم استخدام تطبيقات إدارة قواعد البيانات في العديد من المجالات، وتشمل هذه التطبيقات إدارة المخزون والمشتريات والموارد البشرية والمحاسبة والإدارة العامة وغيرها.
- أمن قواعد البيانات: يجب وضع خطط أمنية فعالة لحماية قواعد البيانات من الاختراق والتلاعب والسرقة، ويتضمن ذلك تحديد الصلاحيات وتطبيق قواعد الوصول والتحقق من الهوية وتحديث البرامج والحماية من الفيروسات والهجمات الإلكترونية.
- استراتيجيات النسخ الاحتياطي: يجب وضع استراتيجيات فعالة للنسخ الاحتياطي لضمان استعادة البيانات في حالة حدوث أي مشكلة أو فقدان للبيانات، ويجب تحديد فترات النسخ الاحتياطي والمكان الذي سيتم فيه تخزينها.
- التحليل الاستراتيجي: يمكن استخدام بيانات قواعد البيانات لإجراء تحليلات استراتيجية وتحديد الاتجاهات والتوقعات واتخاذ القرارات الصحيحة، وتستخدم هذه التحليلات في العديد من المجالات مثل الأعمال والتسويق والمبيعات والتخطيط والتنمية.
تتوفر نظم إدارة قواعد البيانات بأشكال مختلفة، وتختلف في الأداء والميزات والتكنولوجيا المستخدمة، ويمكن اختيار النظام المناسب حسب الاحتياجات المحددة للمشروع أو التطبيق المراد استخدام النظام فيه. ومن أمثلة نظم إدارة قواعد البيانات المعروفة: MySQL Oracle Microsoft SQL Server و MongoDB وغيرها.
أشهر البرامج المستخدمة في قواعد البيانات Database
وتتوفر نظم إدارة قواعد البياناتDatabase بأشكال مختلفة، وتختلف في الأداء والميزات والتكنولوجيا المستخدمة، ويمكن اختيار النظام المناسب حسب الاحتياجات المحددة للمشروع أو التطبيق المراد استخدام النظام فيه. ومن أمثلة نظم إدارة قواعد البيانات (Database) المعروفة:
- MySQL: وهو نظام إدارة قواعد البيانات (Database) ذو شعبية كبيرة، ويتميز بالسرعة والاستقرار والأمان، ويستخدم في المواقع الإلكترونية والتطبيقات الحديثة.
- Oracle: وهو نظام إدارة قواعد البيانات (Database) يستخدم في المؤسسات الكبيرة والحكومية، ويتميز بالأداء العالي والسرعة والقدرة على التعامل مع البيانات الكبيرة
- Microsoft SQL Server: وهو نظام إدارة قواعد البيانات (Database) يعمل على منصة Windows، ويستخدم في تطبيقات الأعمال والمؤسسات الصغيرة والكبيرة.
- MongoDB: وهو نظام إدارة قواعد البيانات غير العلائقية Non-relational Databases، ويستخدم في المواقع الإلكترونية والتطبيقات الحديثة، ويتميز بالأداء العالي والسرعة والمرونة.
- PostgreSQL: وهو نظام إدارة قواعد البيانات (Database) مفتوح المصدر، ويتميز بالمرونة والأمان والأداء العالي، ويستخدم في مختلف المجالات.
- SQLite: وهو نظام إدارة قواعد البيانات (Database) الخفيف الوزن، ويستخدم في التطبيقات الصغيرة والمواقع الإلكترونية الصغيرة.
- IBM DB2: وهو نظام إدارة قواعد البيانات(Database) يتميز بالأداء العالي والأمان، ويستخدم في المؤسسات الكبيرة.
تعد هذه البرامج الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا وهناك العديد من البرامج الأخرى المستخدمة في قواعد البيانات (Database)، ويمكن اختيار البرنامج المناسب حسب احتياجات المشروع أو التطبيق المراد استخدامه.
قواعد البيانات العلائقية Relational Databases
تعد قواعد البيانات العلاقية Relational Database أكثر قواعد البيانات شيوعاً وهي مناسبة جداً لإدارة البيانات الكبيرة لهذا تعد دراستها أحد أساسيات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، قاعدة البيانات العلاقية تخزن البيانات بشكل منظم ومترابط وتقوم بإدارة البيانات بطريقة فعالة ومنظمة، بحيث ويمكن الوصول إليها بسهولة وتحليلها بشكل دقيق. وتتكون قواعد البيانات العلاقية من عدة أجزاء، أهمها:
- الجداول (Tables): وهي المكون الأساسي في قاعدة البيانات، تحتوي على مجموعة من الصفوف (Rows) و الأعمدة (Columns)، حيث يتم تخزين البيانات في صفوف الملفات.
- المفاتيح (Keys): وهي ميزة أساسية في قواعد البيانات تستخدم لتحديد الصفوف بشكل فريد، حيث يقوم المستخدم بتحديد المفتاح الرئيسي (Primary Key) الذي يحدد صف معين في الجدول، ويمكن استخدام المفاتيح الأخرى للتعامل مع الصفوف بشكل فريد.
- العلاقات (Relationships): تستخدم لربط جداول مختلفة في قاعدة البيانات بشكل منطقي، وذلك بإنشاء علاقات بينهما، حيث يتم استخدام المفاتيح الأجنبية (Foreign Keys) في جدول واحد للإشارة إلى المفاتيح الرئيسية في جدول آخر
- الاستعلامات (Queries): تستخدم للاستعلام عن البيانات في قاعدة البيانات، وذلك بتحديد الشروط والمعايير المطلوبة للاستعلام.
- النماذج (Forms): تستخدم لإنشاء وتحرير البيانات في قاعدة البيانات.
- التقارير (Reports): تستخدم لعرض البيانات في قاعدة البيانات بشكل منظم وجميل.
ماهو الفرق بين قواعد البيانات العلائقية والشبكية ؟
تختلف قواعد البيانات العلائقية Relational Database والشبكية Network Database في العديد من الجوانب، وهنا بعض الفروق الرئيسية بينهما:
- الأداء: تعتبر قواعد البيانات العلائقية أكثر كفاءة في التعامل مع البيانات الكبيرة، حيث تتيح تحسين الأداء من خلال استخدام الفهارس (Indexes) والتحسينات الأخرى، بينما تعتبر قواعد البيانات الشبكية أكثر كفاءة في التعامل مع البيانات ذات الصلة الكثيرة والمعقدة.
- هيكلية التخزين: تخزن قواعد البيانات العلائقية البيانات في جداول (Tables) متصلة بعلاقات (Relationships)، بينما تخزن قواعد البيانات الشبكية البيانات في عقد (Nodes) وربط (Links)، والتي يمكن أن تكون غير متصلة بشكل هرمي.
- العمليات المسموح بها: تسمح قواعد البيانات العلائقية بعمليات الاستعلام الأساسية التي تشمل الإنضمام (Join) والاختيار (Select) والتحديث (Update) والحذف (Delete)، بينما تسمح قواعد البيانات الشبكية بالعديد من العمليات مثل الاستعلامات المتقدمة والتعامل مع البيانات غير المتصلة.
- التطبيقات المناسبة: تستخدم قواعد البيانات العلائقية بشكل شائع في تطبيقات الأعمال والتطبيقات الحكومية والصناعية، بينما تستخدم قواعد البيانات الشبكية بشكل شائع في التطبيقات العلمية والتحليلية والشبكات الاجتماعية.
و تختلف قواعد البيانات العلائقية والشبكية في الهيكلية والعمليات المسموح بها والأداء والتطبيقات المناسبة، ويتوجب على المستخدم اختيار النوع الأنسب لتطبيقه المحدد.
في الختام يمكننا القول أن قواعد البيانات Database هي عبارة عن مجموعة من البيانات المنظمة بشكل محدد والتي يمكن الوصول إليها واستخدامها بسهولة لأغراض مختلفة. وتتوفر العديد من أنواع قواعد البيانات Database ،كما وتتوفر العديد من برامج قواعد البيانات Database المختلفة التي تمكن المستخدمين من تخزين وتنظيم وإدارة البيانات بسهولة.