در اواسط قرن بیستم، پیشرفت ها در علم کامپیوتر منجر به تولید ماشین هایی با قدرت پردازش بیشتر و همچنین ظرفیت ذخیره سازی محلی و خارجی بیشتر شد. این پیشرفت ها باعث شد که دانشمندان کامپیوتر پتانسیل این ماشین ها را برای ذخیره سازی و مدیریت مقادیر بیشتری از داده ها شناسایی کنند. حال طراحی سیستم هایی که امکان می دهند داده ها را به روش های منسجم و عملی اضافه، بازیابی، مرتب سازی و مدیریت کنند، بسیار پیچیده تر است. در این راستا ،نیاز به یک چارچوب منطقی برای ذخیره سازی و سازماندهی داده ها منجر به ارائه تعدادی پیشنهاد برای نحوه مهار رایانه ها برای مدیریت داده ها گردید، سیستم های مدیریت پایگاه داده رابطه ای می توانند طیف وسیع تری از نیازهای مدنظر را برآورده کنند.
مدل پایگاه داده رابطه ای توسط نرم افزاری به نام سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای مدیریت و قابل دسترسی است. این مدل از سطرها و ستون هایی تشکیل شده است که از SQL به عنوان زبان پرس و جو برای نگهداری و پرس و جو از پایگاه های داده استفاده می کند. این مدل ،داده ها را در جداول با توجه به سطرها و ستون ها با یک کلید مجزا برای یافتن هر سطر مرتب می کند. ردیف ها به صورت تاپل یا رکورد تعریف می شوند. ستون ها به عنوان ویژگی ها در نظر گرفته می شوند. معمولاً هر رابطه یا جدول یک نوع موجودیت واحد مانند یک محصول یا مشتری را توصیف می کند. اگر جدول محصول را توصیف می کند، ردیف نام محصول و ستون رفتار یا توصیف محصول را نگه می دارد.
پایگاه داده رابطه ای یا Relational Database نوعی پایگاه داده براساس مدل رابطه ای داده ها میباشد. به این صورت که داده ها در قالب تعدادی جدول نگهداری می شوند، به این جداول Relation نیز گفته می شود. هر جدول شامل تعدادی ستون و ردیف می باشد، به ستون ها در اصطلاح ویژگی یا Attribute و به ردیف ها رکورد یا Record یا چندتایی نیز گفته می شود. پایگاه داده رابطه ای مجموعه ای از داده ها بر اساس مدلی است که data point های مرتبط با یکدیگر را سازماندهی می کند، این اصطلاح ابتدا توسط دانشمند کامپیوتر ادگار فرانک در آزمایشگاه تحقیقاتی IBM در سال 1970 معرفی شد. بطور کلی اطلاعات یا داده های ارزشمند را در جدول هایی سازماندهی می کند که می توانند بر اساس داده های مشترک با یکدیگر به چندین جدول دیگر پیوند داده شوند. این امر کاربران را قادر می سازد تا با استفاده از یک single query، مجموعه داده جدیدی را از داده های یک یا چند جدول مرتبط بسازند.
رابطه هر شی به عنوان آرایه ای از عناصر معین به نام تاپل ها تعریف می شود که با داشتن ویژگی های مشابه گروه بندی می شوند. تاپل به طور کلی بیانگر یک قطعه اطلاعات و توضیحات در مورد شی است. به عبارت دیگر، تاپل به عنوان منحصر به فرد توصیف می شود، بنابراین هیچ تکراری از داده ها یافت نمی شود. بیشتر اشیا آیتم های فیزیکی یا پیشرفت های مفهومی فردی هستند که از توابعی مانند انتخاب برای یافتن تاپل ها استفاده می کنند. برای یافتن ویژگی ها، دستور پروژه را اجرا می کند و برای ترکیب هر رابطه ای از دستور join استفاده می کند. رابطه بین پایگاه های داده را می توان با استفاده از عملگرهای درج، به روز رسانی و حذف تغییر داد. تاپل های تازه ساخته شده می توانند مقادیر صریح بدهند یا از یک پرس و جو استخراج شوند، به نوبه خود، کوئری ها همچنین می توانند تاپل ها را برای حذف یا به روز رسانی مقادیر شناسایی کنند. اگر هر تاپلی شامل یک کلید اولیه باشد، تعریف آن به عنوان یکتا الزامی نیست زیرا ویژگی یک تاپل منحصر به فرد است و از یک کلید فوق العاده تشکیل شده است. کلید خارجی برای مطابقت با ستون اصلی در جدول استفاده می شود و بیشتر در روابط ارجاع متقابل استفاده می شود.
دامنه مجموعه مقادیر احتمالی یک ویژگی مشخص را توضیح می دهد و می تواند به مقادیر ویژگی محدود شود. محدودیت اصطلاحی است که امکان محدود کردن دامنه یک ویژگی را فراهم می کند. بیشتر از مقادیر Boolean برای نشان دادن اینکه آیا داده ها محدودیت ها را برآورده می کنند یا خیر استفاده می کند. بیشتر در سیاست های تجاری در پایگاه داده بر اساس استفاده بعدی از داده ها در لایه برنامه مستقر می شود. همچنین برای متوقف کردن داده هایی که قبلاً در جداول رابطه ای ذخیره شده اند استفاده می شود. ایندکس روش دیگری برای دسترسی سریع به پایگاه داده است. بر اساس ترکیبی از رابطه ای یا ویژگی ها ایجاد می شود. با استفاده از ایندکس، کوئری هایی که صفات را فیلتر می کنند و تاپل های منطبق را شناسایی می کنند، بدون هیچ گونه بررسی فردی بسیار امکان پذیر است. نرمال سازی برای جلوگیری از، از دست دادن یکپارچگی داده ها و ناهنجاری های دستکاری استفاده می شود.
نرم افزاری که برای ذخیره، مدیریت، پرس وجو و بازیابی داده های ذخیره شده در یک پایگاه داده رابطه ای استفاده می شود، سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای نامیده می شود. RDBMS یک رابط بین کاربران و برنامه های کاربردی و پایگاه داده و همچنین عملکردهای مدیریتی برای مدیریت ذخیره سازی، دسترسی و عملکرد داده ها فراهم می کند. در این مدل با پیوند دادن اطلاعات یا داده ها از چندین جدول مرتبط از طریق کلیدها کار می کنند. کلیدها شناسه های منحصر به فردی هستند که می توانند به ردیفی از داده های منحصر به فرد موجود در یک جدول اختصاص داده شوند. این شناسه منحصر به فرد به عنوان کلید اصلی شناخته می شود و ممکن است شامل شناسه ها، شماره سریال، نام کاربری و غیره باشد. از متداول ترین پایگاه داده های رابطه ای میتوان Oracle، MySQL، PostgreSQL، Microsoft SQL Server،Oracle Cloud، Google Cloud SQL، IBM Db2 و SQL Azure را نام برد.
مزایای پایگاه داده رابطه ای
یکی از مزایای اصلی استفاده از پایگاه داده رابطه ای این است که این نوع پایگاه داده به کاربر این امکان را می دهد تا داده ها را به سادگی در دسته های مختلف طبقه بندی کرده و آنها را به طور کارآمد ذخیره کند. این ترتیب را می توان با استفاده از کوئری ها و فیلترها بیشتر واکشی کرد. پس از ایجاد پایگاه داده جدید، هر مجموعه ای از داده ها تحت دسته های مختلف را می توان بدون تغییر در سیستم موجود در پایگاه داده گنجاند. یک سیستم پایگاه داده رابطه ای مزایای متعدد دیگری نسبت به هر نوع پایگاه داده دیگری دارد که به شرح زیر مباشند:
1. مدل ساده
یک سیستم پایگاه داده رابطه ای ساده ترین مدل است، زیرا به هیچ ساختار پیچیده یا فرآیندهای پرس و جو نیاز ندارد. این شامل فرآیندهای معماری خسته کننده مانند ساختار یا تعریف پایگاه داده سلسله مراتبی نیست. از آنجایی که ساختار ساده است، کافی است با پرس و جوهای ساده SQL رسیدگی شود و برای طراحی نیازی به پرس و جوهای پیچیده نیست.
2. دقت داده ها
در سیستم پایگاه داده رابطه ای، می توان چندین جدول مرتبط با یکدیگر با استفاده از کلید اولیه و مفاهیم کلید خارجی وجود داشته باشد. این باعث می شود داده ها تکراری نباشند. هیچ شانسی برای تکثیر داده ها وجود ندارد. از این رو دقت داده ها در پایگاه داده رابطه ای بیش از هر سیستم پایگاه داده دیگری است.
3. دسترسی آسان به داده ها
در سیستم پایگاه داده رابطه ای، هیچ الگو یا مسیری برای دسترسی به داده ها وجود ندارد، زیرا نوع دیگری از پایگاه های داده تنها با پیمایش از طریق یک درخت یا یک مدل سلسله مراتبی قابل دسترسی است. هر کسی که به داده ها دسترسی پیدا کند می تواند هر جدولی را در پایگاه داده رابطه ای جستجو کند. با استفاده از پرس و جوهای پیوستن و عبارات شرطی می توان تمام یا تعدادی از جداول مرتبط را به منظور واکشی داده های مورد نیاز ترکیب کرد. داده های حاصل را می توان بر اساس مقادیر هر ستون، در هر تعداد ستون تغییر داد، که به کاربر اجازه می دهد بدون زحمت داده های مربوطه را در نتیجه بازیابی کند.
۴. یکپارچگی داده ها
یکی از ویژگی های مهم سیستم پایگاه داده رابطه ای است. ورود داده های محکم و اعتبارسنجی مشروعیت تضمین می کند که تمام داده های پایگاه داده در ترتیبات مناسب محدود شده و داده های لازم برای ایجاد روابط وجود دارد. این قابلیت اطمینان رابطه ای در میان جداول در پایگاه داده به جلوگیری از ناقص بودن، مجزا بودن یا نامرتبط بودن رکوردها کمک می کند. یکپارچگی داده ها به اطمینان از سایر ویژگی های مهم پایگاه داده رابطه ای مانند سهولت استفاده، دقت و پایداری داده ها کمک می کند.
۵. انعطاف پذیری
یک سیستم پایگاه داده رابطه ای به خودی خود دارای ویژگی هایی برای ارتقاء سطح، گسترش برای طول های بزرگتر است، زیرا دارای ساختاری قابل خم شدن است تا نیازهای دائماً در حال تغییر را برآورده کند. این امر افزایش حجم داده های دریافتی و همچنین به روز رسانی و حذف هر کجا را که لازم باشد تسهیل می کند. این مدل با تغییرات ایجاد شده در پیکربندی پایگاه داده نیز موافقت می کند، که می تواند بدون مشکل و بدون از کار افتادن داده ها یا سایر قسمت های پایگاه داده اعمال شود.
۶. عادی سازی
یک فرآیند عادی سازی مجموعه ای از مقررات، ویژگی ها و اهداف را برای ساختار پایگاه داده و ارزیابی مدل پایگاه داده رابطه ای فراهم می کند.
۷. امنیت بالا
از آنجایی که داده ها بین جداول سیستم پایگاه داده رابطه ای تقسیم می شوند، می توان چند جدول را به عنوان محرمانه برچسب گذاری کرد و برخی دیگر را نکرد. این تفکیک به راحتی با یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای بر خلاف سایر پایگاه های داده پیاده سازی می شود. هنگامی که یک تحلیلگر داده سعی می کند با یک نام کاربری و رمز عبور وارد سیستم شود، پایگاه داده می تواند مرزهایی را برای سطح دسترسی آنها تعیین کند.
۸. امکان پذیر برای تغییرات آینده
از آنجایی که سیستم پایگاه داده رابطه ای رکوردها را بر اساس دسته بندی ها در جداول جداگانه نگهداری می کند، درج، حذف یا به روزرسانی رکوردهایی که تحت آخرین الزامات هستند، ساده است. این ویژگی از مدل پایگاه داده رابطه ای، جدیدترین الزامات ارائه شده توسط کسب وکار را تحمل می کند. هر تعداد جدول یا ستون داده جدید یا موجود را می توان بسته به شرایط ارائه شده، با همگام شدن با کیفیت های اساسی سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای، درج یا تغییر داد.
مهمترین عامل استفاده از این مدل این است که داده ها در ردیف ها و ستون ها مرتب شده اند و دسترسی آسان کاربران را برای به روز رسانی و اصلاح داده ها فراهم می کند. اجرای کوئری ها و دستورات ساده به راحتی قابل درک است. به عنوان یک برنامه کاربردی کاربر پسند عمل می کند. این ساختار طبیعی و سازماندهی منحصر به فردی از داده ها را می دهد و داده ها با استفاده از ورودی های منطبق در هر ردیف و ستون جستجو و یافت می شوند. چندین کاربر پایگاه داده را قادر می سازد تا یک پایگاه داده را همزمان مدیریت کنند. قفل داخلی و عملکرد مدیریت تراکنش، کاربر را قادر می سازد تا داده ها را بدون تغییر مدیریت کند و همچنین از ترافیک بین کاربران در به روز رسانی داده ها جلوگیری می کند و با دادن حریم خصوصی خود در به روز رسانی و دسترسی به جدول، کاربر را از هم جدا می کند.
ویژگی های کنترل امتیاز و احراز هویت و مجوز در مدل پایگاه داده رابطه ای، مدیر DB را قادر می سازد تا دسترسی به کاربران مجاز را محدود کند و بسته به نوع وظیفه ای که باید انجام شود، امتیازاتی را به کارمندان جداگانه ارائه می دهد. مجوز در ترکیب آدرس IP مشتری راه دور همراه با مجوز کاربر و محدود کردن دسترسی به وقفه های خارجی و ورود شخص ثالث توضیح داده شده است. مدل پایگاه داده رابطه ای امکان دسترسی به پایگاه داده توسط سرور را فراهم می کند که یک برنامه نرم افزاری ویژه برای گوش دادن به درخواست ها در شبکه است و مشتریان پایگاه داده را قادر می سازد تا به پایگاه داده پیوند داده و به آن دسترسی پیدا کنند. ادمین برای دسترسی یا ورود به پایگاه داده نیازی به رایانه فیزیکی ندارد و به راحتی کار را از منطقه راحتی خود می دهد. از آنجایی که بسیاری از لایه های فایروال به عنوان دروازه ای برای ورود به سیستم مستقر شده اند، هیچ ترسی از تهاجم خارجی وجود ندارد. دسترسی به شبکه به توسعه دهندگان نرم افزار اجازه می دهد تا ابزارهایی را برای برنامه های دسکتاپ و وب ایجاد کنند تا با پایگاه های داده ارتباط برقرار کنند.
سرعت مدل پایگاه داده رابطه ای یک ساختار داده سریع نیست. اگرچه مزایای زیادی دارد، اما سرعت پایین تری دارد و نیاز به بهینه سازی در طراحی پایگاه داده برای افزایش کارایی دارد که مدل را قادر می سازد تا انتخاب و مدیریت سریع مجموعه داده ها را انجام دهد. افزایش سرعت پردازنده و کاهش هزینه های حافظه و ذخیره سازی به ادمین سیستم اجازه می دهد تا یک سیستم سریع ایجاد کند که از هرگونه نقص عملکرد در پایگاه داده بهتر عمل کند. مدل پایگاه داده رابطه ای بر روی یک زبان عمومی به نام SQL اجرا می شود که شامل لحن ساده و عبارات انگلیسی استاندارد و کلمات کلیدی است که یادگیری آن آسان است.