موضوع بحث شامل عن قواعد البيانات

تعريف قواعد البيانات

قواعد البيانات هي مجموعة من البيانات المنظمة والمترابطة بطريقة منطقية، تخزن في جهاز حاسوب أو خادم، وتستخدم لتخزين واسترجاع ومعالجة المعلومات المطلوبة لأغراض مختلفة. قواعد البيانات تتكون من جداول تحتوي على سجلات وحقول، حيث يمثل السجل صفاً في الجدول يحتوي على مجموعة من البيانات المتعلقة بكيان ما، ويمثل الحقل عموداً في الجدول يحتوي على نوع معين من البيانات. قواعد البيانات تتم إدارتها وتنظيمها بواسطة برامج خاصة تسمى أنظمة إدارة قواعد البيانات (DBMS)، والتي توفر وسائل لإنشاء وتعديل وحذف واستعلام وتحديث قواعد البيانات.((Database – ويكيبيديا ))

تصنيف قواعد البيانات

قواعد البيانات هي مجموعة من البيانات المنظمة والمترابطة بطريقة منطقية تسهل عملية الوصول إليها ومعالجتها وتحديثها بواسطة نظام إدارة قواعد البيانات. قواعد البيانات تستخدم في مختلف المجالات والتطبيقات لتخزين وإدارة واسترجاع المعلومات المهمة لصنع القرار ودراسة الظواهر وتحسين الأداء.((What is a Database? – أوراكل))

قواعد البيانات تختلف باختلاف التركيب المنطقي والفيزيائي للبيانات ونوعها وحجمها وطريقة تخزينها والعلاقات بينها. يمكن تصنيف قواعد البيانات إلى عدة أنواع، منها:

• قواعد البيانات التشغيلية: هي التي تخزن البيانات المتعلقة بالشركة أو المؤسسة مثل بيانات الموظفين والإنتاج والمخزون.
• قواعد البيانات المستخدمية: هي التي تخزن معلومات الاستخدام التي يحتاجها المستخدم النهائي مثل بيانات الزبائن والطلبات والفواتير.
• قواعد البيانات المركزية: هي التي توجد في مركز الحاسوب الرئيسي للشركة أو المؤسسة، وتخزن التطبيقات والبرامج والأنظمة المشتركة.
• قواعد البيانات الموزعة: هي عبارة عن قواعد بيانات مختلفة موزعة في أماكن مختلفة ومتصلة مع بعضها البعض عبر شبكة اتصال، لتسهيل عملية الوصول للبيانات واسترجاعها.
• قواعد البيانات الشخصية: هي التي توجد على أجهزة الحاسوب الشخصية، وتحتوي على معلومات عدد محدود من المستخدمين.
• قواعد البيانات التجارية: هي نوع خاص من قواعد البيانات التشغيلية، تستخدم في التجارة الإلكترونية والأعمال عبر الإنترنت.

أهمية قواعد البيانات

قواعد البيانات لها أهمية كبيرة في العصر الحالي، حيث تستخدم في مختلف المجالات والقطاعات، مثل التعليم والصحة والتجارة والصناعة والحكومة وغيرها. قواعد البيانات تسهل على المستخدمين التعامل مع كمية هائلة من البيانات بشكل فعال وسريع وآمن، كما تساعد على تحسين جودة المعلومات وإتاحتها لأصحاب المصلحة. قواعد البيانات تسهم أيضاً في دعم عملية اتخاذ القرارات، حيث توفر للقائمين على ذلك مصادر موثوقة ومحدثة من المعلومات التي تساعدهم على تحليل المشكلات وإيجاد الحلول.

تاريخ استخدام قواعد البيانات

البدايات

• يعود تاريخ قواعد البيانات إلى ستينيات القرن الماضي وتحديدًا إلى العام 1960 عندما تم إنشاء أول قاعدة بيانات وكانت تعرف بـ “Navigational DBMS” ثم صار يستخدم المصطلح لاحقًا بشكل رسمي عندما أضيفت كلمة قواعد البيانات إلى القاموس التقني للإشارة إلى البيانات المرتبطة مع بعضها بشكل ما.
• في عام 1969، طور إدغار كود نظرية النموذج العلائقي لقواعد البيانات، والتي تستخدم جداول من صفوف وأعمدة لتنظيم وتمثيل البيانات، وتستخدم لغة استعلام موحدة تسمى SQL.
• في عام 1970، طور تشارلز باتشمان نظرية النموذج الهرمي لقواعد البيانات، والتي تستخدم شجرة من عقد وروابط لتنظيم وتمثيل البيانات، وتستخدم لغة استعلام مخصصة تسمى IMS.

التطور

• في عام 1980، ظهرت قواعد البيانات الكائنية، والتي تستخدم كائنات من خصائص وأساليب لتنظيم وتمثيل البيانات، وتستخدم لغة استعلام مشابهة للغات البرمجية الكائنية.
• في عام 1990، ظهرت قواعد البيانات الكائنية-العلائقية، والتي تجمع بين خصائص النموذج الكائني والنموذج العلائقي، وتستخدم لغة استعلام موسعة من SQL.
• في عام 2000، ظهرت قواعد البيانات NoSQL، والتي تستخدم نماذج غير علائقية مثل المستندية والرسومية والقيم المفتاحية والأعمدية، وتستخدم لغات استعلام مرنة ومتنوعة.

المستقبل

• في عام 2010، ظهرت قواعد البيانات NewSQL، والتي تحاول دمج خصائص قواعد البيانات SQL وNoSQL، مثل التوافقية والأداء والقابلية للتطوير.
• في عام 2020، ظهرت قواعد البيانات الذكية، والتي تستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحسين جودة وكفاءة قواعد البيانات، مثل التنظيف والتحليل والتحسين والتنبؤ.

أنواع قواعد البيانات

قواعد البيانات SQL

هي قواعد بيانات علائقية، تستخدم نموذج بناء على جدول من صفوف (سجلات) وأعمدة (حقول)، حيث تمثل البيانات على شكل جداول، وترتبط الجداول ببعضها بواسطة علاقات منطقية. قواعد البيانات SQL تستخدم لغة استعلام موحدة ومشهورة تسمى SQL (Structured Query Language)، والتي تتيح إنشاء وتعديل وحذف واستعلام وتحديث قواعد البيانات. قواعد البيانات SQL تستخدم مفاتيح خاصة لتحديد وربط السجلات في الجداول، وتطبق قواعد وقيود لضمان دقة وصحة البيانات.

أهم أنواع أنظمة إدارة قواعد بيانات SQL

• أوراكل Oracle: هي نظام إدارة قواعد بيانات متعدد النماذج، يشار إليه بعلامة مسجلة من أوراكل. يدعم أنواع مختلفة من البيانات مثل النصية والرقمية والرسومية والفيديوية، ويوفر خصائص مثل التحكم في المعاملات والأمن والأداء.
• MySQL: هي نظام إدارة قواعد بيانات مفتوح المصدر مبني على SQL، يعمل على مختلف المنصات مثل لينكس وويندوز ويونكس. يستخدم في تطبيقات الويب والتجارة الإلكترونية والإحصاءات، ويتميز بسهولة الاستخدام والسرعة والقابلية للتطوير.
• Microsoft SQL Server: هي نظام إدارة قواعد بيانات يدعم الكثير من العمليات والمعالجات، التطبيقات الذكية للشركات وتقديم تحليل للبيانات بطرق تكنولوجية. يستخدم في نظم المعلومات الجغرافية والذكاء الاصطناعي والإنترنت، ويتميز بالثبات والأمان والإنتاجية.
• PostgreSQL: هي نظام إدارة قواعد بيانات علاقية ذات عناصر مضافة، يركز على قابلية التوسع لقاعدة البيانات وخضوعها للمعايير. يستخدم في تطبيقات المؤسسات  والتعليم والبحث العلمي، ويتميز بدعم العديد من اللغات البرمجية والوظائف المتقدمة.

• DB2: هي نظام إدارة قواعد بيانات مبني على SQL، يعمل على مختلف المنصات مثل لينكس وويندوز وز/أو إس. يستخدم في تطبيقات الأعمال والحكومة والبنوك، ويتميز بالاستقرار والأمان والكفاءة.

قواعد البيانات NoSQL

هي قواعد بيانات غير علائقية، تستخدم نماذج مختلفة عن الجدولية لتخزين وتنظيم البيانات، مثل الوثائق والرسوم والقيم المفتاحية والأعمدة. قواعد البيانات NoSQL تستخدم لغات استعلام متنوعة ومرنة تسمى NoSQL (Not only SQL)، والتي تتيح التعامل مع البيانات غير المهيكلة أو المتغيرة أو الكبيرة. قواعد البيانات NoSQL تستخدم مؤشرات وفلاتر للوصول إلى البيانات، وتطبق آليات لضمان التوافقية والتحمل والأداء.

أهم أنواع قواعد بيانات NoSQL

• قواعد البيانات المستندية Document Databases: هي التي تخزن البيانات على شكل وثائق مرنة وديناميكية، تحتوي على حقول متغيرة ومتداخلة، مثل JSON أو XML. تستخدم في تطبيقات الويب والهواتف المحمولة والتحليلات، وتتميز بسهولة التطوير والتكامل.
• قواعد البيانات الرسومية Graph Databases: هي التي تخزن البيانات على شكل رسوم من عقد (nodes) وحواف (edges)، حيث تمثل كل عقدة كائناً أو فئة معينة، وتمثل كل حافة علاقة أو خاصية بين العقد. تستخدم في تطبيقات التوصية والشبكات الاجتماعية والأمن، وتتميز بسرعة استكشاف البيانات المرتبطة.
• قواعد البيانات القيم المفتاحية Key-Value Databases: هي التي تخزن البيانات على شكل أزواج من مفاتيح وقيم، حيث تمثل كل مفتاح معرفاً فريداً لكل قيمة، وتمثل كل قيمة بيانات مختلفة الأنواع. تستخدم في تطبيقات الوسائط الاجتماعية والألعاب والتخزين السحابي، وتتميز بالبساطة والسرعة والمرونة.

• قواعد البيانات الأعمدية Columnar Databases: هي التي تخزن البيانات على شكل أعمدة بدلاً من صفوف، حيث تمثل كل عمود مجموعة من البيانات ذات النوع المشترك، وترتبط الأعمدة ببعضها بواسطة مفاتيح. تستخدم في تطبيقات التحليل والتقارير والاستعلامات المعقدة، وتتميز بالكفاءة والضغط والأداء.

استخدامات قواعد البيانات

تخزين واسترجاع البيانات

• قواعد البيانات تستخدم بشكل واسع وكبير لتخزين البيانات ولاسترجاعها أيضاً، إلا أن هذه القواعد تملك الكثير من الخوارزميات فهل تعرف كل المعلومات عن قواعد البيانات؟
• قواعد البيانات تسمح بتحويل المعلومات والبيانات الورقية إلى معلومات وبيانات رقمية، وتسهل التعامل معها والبحث ضمنها، وتربط البيانات مع بعضها في شكل منسق ومنظم، وتوفر المساحة.
• قواعد البيانات تجمع معلومات عن الأشخاص أو الأماكن أو الأشياء، وتجمعها في مكان واحد بحيث يمكن ملاحظتها وتحليلها.

تطوير العمليات التجارية

• قواعد البيانات تستخدم لتصنيف الخدمات التي تقدمها الشركات والعملاء الذين يتفاعلون معها والعملاء المحتملين، وتساعد على تحليل المعلومات ومشاركة البيانات الناتجة لتحسين وتطوير الأداء التجاري وزيادة الأرباح.
• قواعد البيانات تستخدم لإنشاء مستودع بيانات ( data warehouse)، وهو عبارة عن تجميع للبيانات التاريخية من قواعد البيانات التقليدية من عدة مصادر لإستخراج تقارير وتحاليل تفيد في أداء عمل المؤسسات.

متابعة العملاء

• قواعد البيانات تستخدم لتحسين تجربة أداء العملاء وتوفير متطلباتهم بكل يسر وسهولة، فيمكن لمواقع التواصل الاجتماعي مثلاً ان تحتفظ بتسجيلات الدخول وتفضيلات المستخدمين وتتعامل معها كقاعدة بيانات بهدف استعراض المعلومات التي تهم هؤلاء العملاء.
• قواعد البيانات تستخدم لإرسال رسائل دعائية أو إشهارية أو إخبارية للعملاء بناء على اهتماماتهم أو سابق خبرتهم مع المؤسسة أو المنتجات أو الخدمات التي اشتروها أو استخدموها، وذلك لزيادة الولاء والثقة والرضا لدى العملاء.

أهم البرامج التي تستخدم لإدارة قواعد البيانات

هناك العديد من البرامج التي تستخدم لإدارة قواعد البيانات، وتختلف باختلاف نوع وحجم ومتطلبات قاعدة البيانات. بعض الأمثلة على هذه البرامج هي:

• MySQL: هي خدمة قاعدة بيانات مدارة لنشر تطبيقات السحابة الأصلية، وتستخدم لغة SQL للتعامل مع البيانات، وتدعم العديد من أنظمة التشغيل واللغات البرمجية.
• Microsoft SQL Server: هو نظام إدارة قواعد بيانات علاقية يوفر أداءً عاليًا وأمانًا ومرونة للبيانات المهيكلة وغير المهيكلة، ويستخدم لغة SQL للتحقيق والتحليل والتقارير.
• SAP HANA: هو نظام إدارة قواعد بيانات في الذاكرة يستخدم لتسريع عمليات الأعمال والحصول على رؤى في الوقت الحقيقي من البيانات الكبيرة، ويستخدم لغة SQL وغيرها من لغات الاستعلام.
• Oracle: هو نظام إدارة قواعد بيانات شائع يستخدم في مختلف المجالات والصناعات، ويوفر حلاً شاملاً لإدارة البيانات المهيكلة وغير المهيكلة، ويستخدم لغة SQL و PL/SQL للتحكم في البيانات.
• Microsoft Access: هو برنامج يسمح بإنشاء تطبيقات قواعد بيانات سطح المكتب بسهولة وسرعة، ويستخدم لغة SQL و VBA للبرمجة، ويحتوي على أدوات تصميم مرئية وسهلة الاستخدام.

مقارنة بين اشهر البرامج

خاتمة

• قواعد البيانات هي مجموعة من البيانات المنطقية المرتبطة مع بعضها بعلاقة رياضية، وتتكون من جدول واحد أو أكثر، وتستخدم لغة استعلام موحدة تسمى SQL.
• قواعد البيانات تستخدم لتخزين واسترجاع البيانات بشكل سهل وسريع، وتطوير العمليات التجارية بشكل كفء وفعال، ومتابعة العملاء بشكل دقيق ومرضي.
• قواعد البيانات تنقسم إلى عدة أنواع حسب نموذجها أو هيكلها أو علاقتها، مثل النموذج العلائقي والنموذج الكائني والنموذج الهرمي والنموذج المستندي والنموذج الرسومي.

من رأي شخصي أعتقد أن قواعد البيانات هي من أهم التقنيات في عصرنا الحالي، فهي تساهم في تسهيل حياتنا وتحسين عملنا وزيادة معرفتنا.أحب أن أتعلم المزيد عن قواعد البيانات وكيفية تصميمها وبرمجتها وتحليلها، فأجد فيها تحديًا وإثارة وفائدة.وأتمنى أن يستفيد الجميع من قواعد البيانات وأن يستخدموها بشكل صحيح وأخلاقي، وأن يحافظوا على خصوصية وأمان بياناتهم وبيانات الآخرين.