فصل 5
پایگاه داده ها
1
سرفصل
سلسله مراتب داده ها
پایگاه داده
انواع پایگاه داده ها
اجزاء پایگاه داده ها
داده
ساختار پایگاه داده
سیستم مدیریت پایگاه داده
وظایف سیستم مدیریت پایگاه داده
مزایاومعایب سیستم مدیریت پایگاه داده
سخت افزار
نرم افزار
کاربران
2
سلسله مراتب پایگاه داده
داده ها در پایگاه داده ها به طور سلسه مراتبی سازماندهی می شوند که این سلسه مراتب شامل:
بیت:
بیت کوچکترین واحد حافظه است که می توان یکی از ارقام دودویی0یا1رادرآن ذخیره کرد.
3
بایت:
به مجموعه بیت ها, بایت گفته می شود.
هربایت از هشت بیت تشکیل می شودکه معرف یک کاراکتر است.
کاراکتر:
اساسی ترین واحد منطقی داده کاراکتراست.که شامل حروف الفبا,اعداد یا علائم خاص است.ممکن است گفته شود که بیت یا بایت پایه ای ترین عنصر داده است اما باید به خاطر داشت بایت وبیت جزءحافظه فیزیکی می باشندکه به وسیله سخت افزار رایانه ایجادوارائه میشوند.بنابراین از دیدگاه کاربر,کاراکتر پایه ای ترین واساسی ترین عنصر داده است که می تواند مشاهده ودستکاری شود.
فیلد:
به مجموعه ای ازچند کاراکتربه هم مرتبط که اطلاعاتی راراجع به فرد,موضوع یا کالایی ارائه کند فیلد گفته می شود.نام ,نام خانوادگی,شماره شناسنامه و..هر یک به تنهایی یک فیلد می باشد.
رکورد:
از ترکیب چند فیلد مرتبط به هم, یک رکورد یا سابقه اطلاعاتی تشکیل می شود.
دِگان (پایگاه داده ها یا بانک اطلاعاتی) به مجموعه ای از اطلاعات با ساختار منظم و سامانمند گفته می شود. این پایگاه های اطلاعاتی معمولاً در قالبی که برای دستگاه ها و رایانه ها قابل خواندن و قابل دسترسی باشند ذخیره می شوند. البته چنین شیوه ذخیره سازی اطلاعات تنها روش موجود نیست و شیوه های دیگری مانند ذخیره سازی ساده در پرونده ها نیز استفاده می گردد. مسئله ای که ذخیره سازی داده ها در دادگان را موثر می سازد وجود یک ساختار مفهومی است برای ذخیره سازی و روابط بین داده ها است.
پایگاه داده در اصل مجموعه ای سازمان یافته از اطلاعات است.این واژه از دانش رایانه سرچشمه می گیرد ،اما کاربر وسیع و عمومی نیز دارد، این وسعت به اندازه ای است که مرکز اروپایی پایگاه داده (که تعاریف خردمندانه ای برای پایگاه داده ایجاد می کند) شامل تعاریف غیر الکترونیکی برای پایگاه داده می باشد. در این نوشتار به کاربرد های تکنیکی برای این اصطلاح محدود می شود.
یک تعریف ممکن این است که: پایگاه داده مجموعه ای از رکورد های ذخیره شده در رایانه با یک روش سیستماتیک (اصولی) مثل یک برنامه رایانه ای است که می تواند به سوالات کاربر پاسخ دهد. برای ذخیره و بازیابی بهتر، هر رکورد معمولا به صورت مجموعه ای از اجزای داده ای یا رویداد ها سازماندهی می گردد. بخش های بازیابی شده در هر پرسش به اطلاعاتی تبدیل می شود که برای اتخاذ یک تصمیم کاربرد دارد. برنامه رایانه ای که برای مدیریت و پرسش و پاسخ بین پایگاه های داده ای استفاده می شود را مدیر سیستم پایگاه داده ای یا به اختصار (DBMS) می نامیم. خصوصیات و طراحی سیستم های پایگاه داده ای در علم اطلاعات مطالعه می شود. .
مفهوم اصلی پایگاه داده این است که پایگاه داده مجموعه ای از رکورد ها یا تکه هایی از یک شناخت است.نوعا در یک پایگاه داده توصیف ساخت یافته ای برای موجودیت های نگه داری شده در پایگاه داده وجود دارد: این توصیف با یک الگو یا مدل شناخته می شود. مدل توصیفی، اشیا پایگاه های داده و ارتباط بین آنها را نشان می دهد. روش های متفاوتی برای سازماندهی این مدل ها وجود دارد که به آنها مدل های پایگاه داده گوییم. پرکاربرد ترین مدلی که امروزه بسیار استفاده می شود، مدل رابطه ای است که به طور عام به صورت زیر تعریف می شود: نمایش تمام اطلاعاتی که به فرم جداول مرتبط که هریک از سطر ها و ستونها تشکیل شده است(تعریف حقیقی آن در علم ریاضیات برسی می شود). در این مدل وابستگی ها به کمک مقادیر مشترک در بیش از یک جدول نشان داده می شود. مدل های دیگری مثل مدل سلسله مراتب و مدل شبکه ای به طور صریح تری ارتباط ها را نشان می دهند
پایگاه داده
پایگاه داده مهم ترین جزءتشکیل دهنده در طراحی سیستم های اطلاعاتی است.
پایگاه داده مجموعه ای از داده های رایانه ای سازماندهی شده وذخیره شده به نحوی است که بازیابی آسان را تسهیل می کند به عبارت دیگر,پایگاه داده ها شامل مجموعه ای سازمان یافته ازاطلاعات بهم مرتبط می باشد.
در یک تعریف کامل تر پایگاه داده عبارت است از «مجموعه ای از داده های ذخیره شده به صورت مجتمع ومبتنی بر یک ساختار,با حداقل افزونگی وتحت کنترل متمرکز است که استفاده از آن به صورت اشتراکی وهمزمان نیز میسر می باشد.»
مجتمع ومبتنی بر یک ساختاربدین معنی است که کل داده های عملیاتی محیط مورد نظر در یک ساختار مشخص به صورت یک جا ذخیره شده باشند ولازمه هر تجمعی وجود یک ساختار است.
منظور از عدم افزونگی در یک تعبیر ساده به حداقل رساندن ذخیره داده های تکراری و بهینه سازی استفاده از محیط های ذخیره اطلاعات است.
11
12
فایل داده های مربوط به مزایا
فایل داده های مربوط
فایل داده های مشخص
موسوی حمید ماکو خ طوس 5254196
پایگاه داده حقوق ودستمزد
پایگاه داده
فایل
رکورد
فیلد
موسوی (نام خانوادگی)
حمید (نام)
ماکوخ طوس (آدرس)
5254196 (تلفن)
بایت
بیت
(0یا1)
نمودار5-1:سلسله مراتب داده ها
انواع پایگاه داده ها
پایگاه داده های عملیاتی
پایگاه داده های توزیعی
پایگاه داده های چند رسانه ای
13
پایگاه داده های عملیاتی
پایگاه داده های عملیاتی ,جزئیات داده هایی را که برای پشتیبانی از عملیات وفرایندهای سازمان مورد نیاز است را ذخیره می کند.
پایگاه داده مشتریان,پایگاه داده منابع انسانی, پایگاه داده موجودی هاو…نمونه هایی از پایگاه داده های عملیاتی می باشند. به عنوان مثال , پایگاه داده منابع انسانی شامل داده هایی درباره مشخصات هر یک از کارکنان , ساعت کار آنها , دستمزد , مزایا , ارزیابی عملکرد , آموزش ودیگر داده های مربوط به افراد است.
14
پایگاه داده های توزیعی
بسیاری از سازمان ها ,نسخه ها یا بخش هایی از پایگاه داده ها را بر روی سرور های شبکه ای در سایت های مختلف با هدف بهبود عملکرد ایستگاه های کاری ویا تسهیل دسترسی کاربران نهائی به اطلاعات مورد نیاز قرار می دهند.
پایگاه داده های توزیعی می توانند بر روی شبکه های گسترده جهانی اینترانت و اکسترانت قرار بگیرند.این نوع از پایگاه داده هاد ممکن است, رونوشتی ازپایگاه داده های عملیاتی ,پایگاه داده های چند رسانه ای ,ویا هر نوع دیگر از پایگاه داده ها باشد.
15
پایگاه داده های چند رسانه ای
رشد سریع وب سایت ها بر روی اینترنت وهمچنین اینترانت واکسترانت به طور شگفت انگیزی استفاده از پایگاه داده های چند رسانه ای را افزایش داده است.بر روی پایگاه داده های چند رسانه ای اطلاعات چند رسانه ای وب سایت ها(متن , گرافیک , صدا , تصویر , ویدئوو…)ذخیره می شود.
16
اجزاء پایگاه داده ها
اجزای اصلی یک پایگاه داده عبارتند از:
داده
ساختار پایگاه داده
سیستم مدیریت پایگاه داده
سخت افزار
نرم افزار
کاربران
17
داده
داده ها مهم ترین جز هر پایگاه داده محسوب می شوند.داده ها مشخصات مختلف ووضعیت کلی عوامل مختلف نظیر مشتریان , محصولات , بازارها , کارکنان و…را نشان می دهد.
پایگاه داده ها می توانند همه نوع دادهرا به صورت عددی حرفی مختلط وفرم های دیگر را ذخیره کنند.
نکته قابل توجه این است که داده ها باید قابل اعتماد,جدید ودقیق باشند.
18
ساختار پایگاه داده
ساختار پایگاه داده به دو دسته فیزیکی ومنطقی قابل تقسیم می باشد.
1-ساختار فیزیکی: ساختار فیزیکی بیانگر چگونگی حضور داده ها در پایگاه داده یعنی اینکه چگونه داده ها در یک وسیله رایانه ای یا حافظه داخلی رایانه ذخیره شوند.
درواقع ساختار فیزیکی داده هاچگونگی ذخیره سازی داده هاونحوه دستیابی به آنهابه کمک ابزارهای ذخیره سازی خارجی راتشریح می کند.
19
سه روش متداول برای سازماندهی فایل ها وجود دارد
1.سازماندهی ترتیبی فایل
روش ترتیبی ساده ترین روش سازماندهی رکورد ها در فایل هامحسوب می شود .در این روش رکورد ها بدون توجه به ارزش یا مقدار واقعی محتوی آن پشت سر هم ذخیره می شوند.
یکی از محدودیت های عمده فایل های ترتیبی این است که نمی توان به یک رکورد به خصوصی دست یافت مگر آنکه تمام رکورد های قبل از آن خوانده شود.
20
2.سازماندهی ترتیبی مبتنی بر شاخص
در این روش فیلد کلیدی یا فیلد شاخص هر رکوردومکان فیزیکی هر رکورد برروی دستگاه ذخیره سازی مشخص می شود.این کار به یافتن سریع تر رکورد کمک می کند.و همچنیسن دسترسی به داده ها به صورت مستقیم می باشد.
3.سازماندهی تصادفی یا مستقیم فایل
این روش برای سازماندهی مستقیم فایل به کار می رود.در این روش برای تعیین آدرس فیزیکی یک رکورد از یک فیلد کلیدی استفاده می شود با این حال این فرایند بدون شاخص انجام می شود.در عوض به جای شاخص از فرمول ریاضی که الگوریتم تبدیل نام داردبرای تبدیل مستقیم فیلد کلیدی به مکان فیزیکی رکورد روی دیسک استفاده می شود.
2-ساختار منطقی
نحوهای که فایل ها , رکورد هاوفیلد ها در پایگاه داده با یکدیگر مرتبط می شوندمربوط به ساختار منطقی است.
به عبارت دیگر ساختار منطقی روابط کلی محیط پایگاه داده و اجزای داده هایش را نشان می دهد.
از دیدگاه منطقی برخی از مدل های پایگاه داده عبارتند از :
1 .مدل ساسله مراتبی
2.مدل شبکه ای
3 .مدل های رابطه ای
23
24
سیستم مدیریت پایگاه داده
سیستم مدیریت پایگاه داده شامل برنامه هایی جهت ذخیره سازی وبازیافت داده هاوازسوی دیگراداره پایگاه داده ها می باشد.
سیستم های مدیریت پایگاه داده سازمان ها را قادر می سازدکه داده ها را متمرکز ساخته آنها را به طور اثر بخش مدیریت نمایندوبه راحتی به داده های ذخیره شده ازطریق برنامه های کاربردی دسترسی داشته باشند.
سیستم مدیریت پایگاه داده به معنی اداره کردن صحیح پایگاه داده است.این مدیریت انجام آنچه را که برای توسعه,نگهداری وامنیت پایگاه داده به بهترین روش لازم است را در بر دارد.
بدین منظورسیستم مدیریت پایگاه داده دارای رویه هایی برای اداره هرچه بهترپایگاه داده ها است.رویه در واقع یک فرایند مرحله به مرحله برای دستیابی به یک نتیجه خاص است.
25
رویه های سیستم مدیریت پایگاه داده برای اداره پایگاه داده شامل شش حوزه زیر می باشد:
1.برنامه ریزی پایگاه داده
2.طراحی پایگاه داده
3.ایجاد پایگاه داده
4.نگهداری پایگاه داده
5.تجزیه وتحلیل به کارگیری داده ها
6.نظارت بررویه های امنیتی
26
اجزاء سیستم مدیریت پایگاه داده
سیستم های مدیریت پایگاه داده از سه جزء تشکیل شده است
زبان تعریف داده:زبانی است که جهت ایجادوتشریح داده هاوتعیین برنامه زمان بندی شده در سیستم مدیریت پایگاه داده به کار گرفته می شود.
زبان دستکاری داده:این زبان جهت پردازش ودستکاری داده ها در پایگاه داده ها به کار می رود.
فرهنگ داده:سومین جزءیک سیستم مدیریت پایگاه داده فرهنگ داده است که داده ها وخصوصیات آنها رااز قبیل مکان اندازه ونوع داده تشریح می کند.
27
وظایف سیستم مدیریت پایگاه داده
ذخیره وبازیافت داده ها
تعریف, ایجادوسازماندهی پایگاه داده ها
ورود وپردازش داده ها
یکپارچه کردن پایگاه داده ها
کاهش افزونگی داده ها
روایی داده ها
شکل بندی وگزارش دهی
28
مزایاومعایب سیستم مدیریت پایگاه داده
مزایا وقابلیت های استفاده از سیستم مدیریت پایگاه داده عبارتند از:
افزایش قابلیت دسترسی به اطلاعات
تسهیل دسترسی ,به کار گیری امنیت ودستکاری داده ها
به روز شدن سریع فایل هاورکورد ها
تجمع داده های متنوع ازمنابع مختلف
بازیافت سریع داده ها
بهبودانعطاف پذیری سیستم های اطلاعاتی وغیره
29
معایب استفاده از سیستم مدیریت پایگاه داده :
گرانی نرم افزار
تفاضای سخت افزار بزرگتر
ایجاد فرصت برای افرادیا گروه های خارج از سازمان برای دستیابی به اطلاعات سازمانی
نیاز به کادر فنی و آموزش دیده برای نظارت بر استفاده ازپایگاه داده وسیستم مدیریت پایگاه داده
30
سخت افزار
سخت افزار مورد نیاز پایگاه عبارتند از:
سخت افزارذخیره سازی داده ها
سخت افزارپردازنده های مرکزی
سخت افزارارتباطی
نرم افزار
نرم افزار شامل خود سیستم مدیریت پایگاه داده وبرنامه های کاربردی سیستم عامل ونیز خودنرم افزارهای شبکه ای است.
31
کاربران
کاربران یا کسانی که به نحوی با سیستم در ارتباط هستندبه چهاردسته مهم تقسیم می شوند:
مدیران پایگاه داده
طراحان پایگاه داده
برنامه نویسان پایگاه داده
کاربران نهایی یااستفاده کنندگان سیستم
32