تعرف على مكونات قاعدة البيانات

تعد قواعد البيانات أحد العناصر الأساسية اليوم في مختلف الشركات والمؤسسات التي تسعى لتطوير حلول برمجية خاصة بها، فجميع تطبيقات الأعمال اليوم مثل تطبيقات التجارة الإلكترونية وإدارة المخزون وإدارة العلاقات مع العملاء وغيرها من التطبيقات التقنية تحتاج إلى قاعدة بيانات لتخزين المعلومات الخاصة بها ومعالجتها وإتاحتها للاستخدام.

في مقال اليوم سنتعرف على مفهوم قواعد البيانات ونظام إدارة قواعد البيانات DBMS ومكونات قاعدة البيانات ونتعرف على أهمية قواعد البيانات في أتمتة الأعمال التجارية المختلفة.

ما هي قاعدة البيانات؟

قاعدة البيانات هي نظام يدير البيانات إلكترونيًا فالمهمة الأساسية لقواعد البيانات هي توفير آلية لتخزين كمية كبيرة من البيانات بطريقة فعالة وخالية من الأخطاء وتوفير إمكانية الحصول على المعلومات المطلوبة من هذه البيانات عند الحاجة.

تحتاج الشركات والأفراد اليوم إلى تخزين العديد من البيانات لمختلف الاستخدامات، على سبيل المثال إليك بعض الاستخدامات المفيدة لقواعد البيانات:

تخزن الأعمال التجارية كافة بيانات العمليات التجارية مثل المبيعات والطلبات وخدمة العملاء فتحليل هذه البيانات يمكن أن يساهم في اتخاذ قرارات تساعد في تحسين سير العمل وزيادة المبيعات بشكل كبير.
تخزن مؤسسات العمل المختلفة بيانات العملاء والمستخدمين الذين يزورون مواقع الشركات على الويب أو يتفاعلون على منصات التواصل الاجتماعي مثل الأسماء وعناوين البريد الإلكتروني والمواقع الجغرافية والاهتمامات وما شابه فتتبع هذه البيانات من شأنه أن يساعد في التوصية بالمنتجات والخدمات الأفضل وإدارة الحملات التسويقية بنجاح.
تستفيد مؤسسات الرعاية الصحية من تخزين كافة المعلومات الصحية الشخصية لتقديم الرعاية اللازمة لهم بشكل آمن بناءً على سجلاتهم السابقة.
تخزن المؤسسات المالية كافة المعلومات حول الأسهم والمبيعات والسندات وعمليات التداول.
تحتاج المؤسسات التعليمية والجامعات إلى تخزين كافة المعلومات عن الطلاب وتحصيلهم الدراسي والدورات والمناهج التي يدرسونها.
تخزن شركات الخطوط الجوية كافة البيانات المتعلقة بحجوزات التذاكر ومواعيد إقلاع وهبوط الطائرات وكافة الجداول الزمنية في قواعد بيانات مخصصة.
يمكن أن تستخدم قواعد البيانات أيضًا لحفظ بياناتك الشخصية مثل الدروس والمحاضرات التي تتعلمها أو الصور الشخصية الخاصة بك لتنظيمها وتسهيل البحث فيها.

ما هي مكونات قاعدة البيانات؟

تتكون أنظمة قواعد البيانات من 3 مكونات أساسية هي:

قاعدة البيانات التي تتضمن البيانات نفسها
برنامج إدارة قواعد البيانات DataBase Management System أو اختصارًا DBMS
البنية التحتية المستخدمة لحفظ قاعدة البيانات والوصول إليها وهي تشمل العتاد عمومًا من حواسيب وخوادم وأقراص للتخزين.

1. قاعدة البيانات DataBase

قاعدة البيانات هي البنية أو الهيكلية المسؤولة عن تخزين البيانات وإدارتها في نظام الحاسوب والتي يتم التحكم فيها بواسطة نظام إدارة قواعد البيانات، وتسمى كل من البيانات ونظام إدارة قواعد البيانات مع التطبيقات المرتبطة بها باسم نظام قاعدة بيانات أو اختصارًا قاعدة البيانات.

هناك عدة أنواع من قواعد البيانات أشهرها قواعد البيانات العلاقيّة وهي تتكون من مجموعة من الجداول بينها علاقات التي يتم فيها تخزين سجلات البيانات الفردية مع علاقات ضابطة ترتبط بين هذه السجلات وتنظمها.

وهناك نوع آخر شهير لقواعد البيانات يعرف باسم قواعد البيانات غير العلاقيّة أو قواعد بيانات NoSQL وقد تم تطوير هذا النوع الحديث من قواعد البيانات من أجل تخزين الكميات الكبيرة من البيانات غير المنظمة ضمن بنية مرنة لا تلتزم بمخطط صارم مثل بيانات الويب وتطبيقات البيانات الضخمة وتطبيقات الزمن الحقيقي، وللتعرف على الفروقات بينهما راجع مقال شرح الفروقات بين قواعد بيانات SQL ونظيراتها NoSQL.

تستخدم قواعد البيانات غير العلاقيّة عدة هياكل لتخزين البيانات مثل:

قواعد بيانات المستندات Document databases
المخازن المعتمدة على الأعمدة Column-oriented databases
مخازن مفتاح-قيمة Key-value stores
مخازن الرسوم البيانية Graph databases

كما تتوافر العديد من قواعد البيانات الأخرى مثل قواعد البيانات كائنية التوجه وقواعد البيانات السحابية وقواعد البيانات الموزعة وإذا كنت مهتمًا بالتعرف على المزيد من التفاصيل حول مميزات واستخدامات ومكونات قاعدة البيانات لكل نوع منها أنصحك بقراءة مقال تعرف على أنواع قواعد البيانات وأهم مميزاتها.

2. نظام إدارة قواعد البيانات DBMS

نظام إدارة قواعد البيانات DBMS هو عبارة عن برنامج يساعد مسؤولي قواعد البيانات والمؤسسات على إدارة قواعد البيانات الخاصة بهم فهو يوفر العديد من الأدوات التي تسهل عمليات إدارة واسترجاع البيانات من قاعدة البيانات.

يوفر نظام إدارة قواعد البيانات عادة واجهة إدارة مركزية تسهل إجراء كافة المهام الإدارية على قاعدة البيانات والتحكم بها ومن أبرز مهام نظام إدارة قواعد البيانات:

تكوين وإدارة حسابات مستخدمي قاعدة البيانات بسهولة وتحديد سياسات الوصول.
تبسيط عمليات النسخ الاحتياطي للبيانات من خلال توفير واجهات سهلة لإنشاء وإدارة النسخ الاحتياطية من قاعدة البيانات ونقلها من موقع لآخر.
توفير أدوات متكاملة لمراقبة وضبط أداء قواعد البيانات وتحسين الاستعلامات من قواعد البيانات.
توفير نظام لاسترداد البيانات كليًا أو جزئيًا إلى حالتها السابقة بسهولة وسرعة.

يستخدم نظام إدارة قواعد البيانات العلاقيّة RDBMS لغة معيارية تسمى لغة الاستعلام الهيكلية SQL من أجل استرجاع البيانات أو بعبارة أخرى الاستعلام عنها وإدارة هذه البيانات مثل تعديلها أو حذفها أو إضافة سجلات جديدة فيها كما يمكن للغة SQL إجراء الكثير من العمليات الأخرى على قواعد البيانات بما في ذلك تحسين قواعد البيانات وصيانتها.

ومن أشهر نظم إدارة قواعد البيانات العلاقيّة نذكر مايكروسوفت أكسس Microsoft Access وMySQL و MariaDB و PostgreSQL و SQLite …إلخ.

وتجدر الإشارة إلى أن مصنعي قواعد البيانات المختلفة يستخدمون لغة SQL الخاصة بهم لذا يمكن أن تجد أسماء مختلفة للغة SQL خاصة بكل نظام إدارة قواعد البيانات مثل PL SQL التي تستخدمها قواعد بيانات أوراكل Oracle Database و T-SQL والتي تعني Transact-SQL التي تستخدمها قواعد بيانات مايكروسوفت فهذه التسميات ما هي سوى امتداد للغة SQL فهي اللغة القياسية أو المعيارية للاستعلام عن قاعدة البيانات.

كما تعتمد قواعد البيانات غير العلاقيّة على نظم إدارة قواعد بيانات خاصة بها فهناك على سبيل المثال أنظمة إدارة قواعد بيانات خاصة بقواعد بيانات المستندات DoDBMS مثل MongoDB و Azure Cosmos DB وأنظمة إدارة قواعد بيانات خاصة بقواعد البيانات المعتمدة على الأعمدة CDBMS مثل Apache Cassandra و Apache HBase وأنظمة إدارة قواعد بيانات خاصة بقواعد بيانات الرسوم GDBMS مثل GraphDB و Neo4j و ArangoDB وغيرها.

ما هي مكونات نظام إدارة قواعد البيانات؟

يتكون أي نظام إدارة قواعد البيانات من العناصر التالية:

محرك التخزين Storage engine
لغة الاستعلام عن البيانات Query language
معالج الاستعلام Query processor
محرك تحسين قاعدة البيانات Optimization engine
مدير السجل Log manager
فهرس البيانات الوصفية Metadata catalog
أدوات للمراقبة وإصدار التقارير Reporting and monitoring tools
أدوات مساعدة للبيانات Data utilities

1. محرك التخزين

يعد محرك التخزين المكون الأساسي لنظام إدارة قواعد البيانات DBMS وهو المسؤول عن التفاعل مع نظام الملفات الذي يخزن البيانات على مستوى نظام التشغيل حيث تمرّ جميع الاستعلامات التي تتفاعل مع البيانات الأساسية عبر محرك التخزين هذا.

2. لغة الاستعلام

يدعم أي نظام إدارة قواعد بيانات لغة أو تقنية للاستعلام تمكنها من التفاعل مع قاعدة البيانات مثل لغة الاستعلام الهيكلية SQL ولغة MQL وهي اختصار لعبارة MongoDB Query Language.

وغالبًا ما تقسم تعليمات لغة الاستعلام نفسها لعدة عناصر حسب المهام التي تقوم بها مثل:

لغة معالجة البيانات Data Manipulation Language أو اختصارًا DML: تتضمن الأوامر التي تعالج البيانات الموجودة داخل قاعدة البيانات نفسها مثل إنشاء قيم جديدة وحذفها وتعديلها …إلخ.
لغة تعريف البيانات Data Definition Language أو اختصارًا DDL: تتضمن مجموعة الأوامر التي يمكن استخدامها لتحديد وتعديل الهيكلية أو البنية العامة لقاعدة البيانات
لغة التحكم في البيانات Data Control Language أو اختصارًا DCL: وهي تتضمن الأوامر التي تمكننا من التحكم بصلاحيات الوصول إلى محتوى قاعدة البيانات.
لغة التحكم في المعاملات Transaction Control Language أو اختصارًا TCL وهي تتضمن الأوامر التي تتحكم بالتعاملات الداخلية التي تمت على قاعدة البيانات وتمكننا على سبيل المثال من التراجع عن التغييرات التي قمنا بها أو حفظ وتثبيت هذه التغييرات.

3. معالج الاستعلام

يلعب معالج الاستعلام دور الوسيط بين قاعدة البيانات وبين الاستعلامات التي يجريها المستخدم على قاعدة البيانات فهو يفسر استعلامات المستخدمين ويحولها إلى أوامر يمكن بقاعدة البيانات فهمها وتنفيذها وإرجاع النتيجة الصحيحة.

4. محرك تحسين قاعدة البيانات

يوفر محرك التحسين تقارير حول أداء قاعدة البيانات ويساعدنا على تحسين قاعدة البيانات نفسها وتحسين أداء الاستعلامات التي تنفذ على قاعدة البيانات.

5. مدير السجلات

تخزن كافة سجلات نظام إدارة قواعد البيانات سواء عمليات تسجيل دخول المستخدم أو عمليات النسخ الاحتياطي لقاعدة البيانات أو العمليات على البيانات…إلخ. ضمن مدير السجلات لإعطاء فكرة عامة عن كافة الإجراءات التي تتم على قاعدة البيانات وتسهيل الوصول لها والاطلاع عليها.

6. فهرس البيانات الوصفية

عند إنشاء أي عنصر داخل قاعدة البيانات يحتفظ نظام إدارة قواعد البيانات بسجل لهذا الكائن ويخزن بعض البيانات الوصفية عنه ضمن فهرس مركزي يعرف باسم فهرس البيانات الوصفية Metadata ويساعد هذا الفهرس على تكوين نظرة عامة على بنية قاعدة البيانات بالكامل.

7. أدوات للمراقبة وإصدار التقارير

لا يخلو أي نظام إدارة قواعد بيانات من أدوات مخصصة للمراقبة لإعداد التقارير التي تمكن المستخدمين من إنشاء تقارير حول نسبة استهلاك الموارد ونشاط المستخدمين والإجراءات التي تم القيام بها …إلخ.

8. مكونات بيانات مساعدة

تتضمن كافة أنظمة إدارة قواعد البيانات أدوات ومكونات مساعدة إضافية مدمجة فيها تساعد في التعامل مع البيانات وتقدم العديد من الخدمات المفيدة مثل فحص سلامة وصحة البيانات وإصلاح الأخطاء في البيانات وجدولة عمليات النسخ الاحتياطي وإدارة الوصول المتعدد إلى قاعدة البيانات من قبل عدة مستخدمين في نفس الوقت والعديد من الخدمات الأخرى المفيدة التي توفر تجربة مستخدم أفضل.

إن تواجد كافة هذه المكونات ضمن مكان واحد من شأنه تسهيل عمل مسؤولي قواعد البيانات في تنفيذ جميع المهام المتعلقة بإدارة وصيانة قواعد البيانات بسرعة وكفاءة لذا يعد نظام إدارة قواعد البيانات أحد مكونات قاعدة البيانات الأساسية والتي لا غنى عنها لإدارة البيانات وتنظيمها بأفضل شكل.

الخلاصة

في مقال اليوم تعرفنا على مكونات قاعدة البيانات وأنواعها المختلفة ومكونات نظام إدارة قواعد البيانات المختلفة التي تعد حجر الزاوية في التطبيقات التقنية المطبقة في مختلف المجالات.

وأود أن أشير في الختام إلى أن تعلم قواعد البيانات أمر ضروري لأي شخص يرغب في تعلم علوم الحاسوب والبرمجة فلا غنى عن إنشاء قاعدة بيانات من أجل تخزين وإدارة البيانات التي تستخدمها هذه التطبيقات والبرامج لذا اغتنم وقتك وابدأ من الآن بتعلم قواعد البيانات وأنواعها وتقنياتها المختلفة وإن واجهك أي سؤال أو اعترضتك أي مشكلة لا تتردد في مشاركتها معنا في قسم التعليقات أسفل المقال.