نسل سوم (1973-1967) : سيستم مديريت داده

در اين نسل نرم افزار کامل تري به نام سيستم مديريت داده (Data Manegement System) به عنوان واسط بين برنامه کاربردي و محيط فيزيکي ايجاد شد.
DMS از AM استفاده مي کند و ارتباط بين ديد منطقي و فيزيکي را ايجاد مي کند. براي بازيابي يک رکورد DMS از AM درخواست مي کند و AM رکوردهاي موردنظر را از بلاک هاي فايل بازيابي و در اختيار DMS قرار مي دهد تا کل رکورد را به برنامه بدهد
• نرم افزار DMS واسط برنامه کاربردي و داده است.
• فايل هاي منطقي متعددي مي توانند از داده هاي فيزيکي مشترک بهره ببرند
• ميزان تکرار داده کاهش يافته است
• داده هاي مشترک در کاربردهاي متنوع بکار مي روند
• صحت داده تا حدي تامين مي شود
• نشاني دهي در سطح فيلد يا گروهي از فيلدها ممکن است
• بازيابي بر کمک چند کليد امکان پذير است
• تسهيلاتي براي پردازش فايل پيش بيني شده است
• ترکيبي از انواع ساختارهاي فايل بکار مي رود

نسل چهارم(1980-1974): سيستم مديريت پايگاه داده

اين نسل از اواخر دهه 60 شروع شده و هنوز هم ادامه دارد. مهمترين ويژگي آن استقلال داده اي است. نرم افزار پيچيده اي به نام سيستم مديريت پايگاه داده(DataBase Management System) يا DBMS واسط بين برنامه هاي کاربردي و محيط فيزيکي است و اجازه مي دهد کاربران در يک محيط انتزاعي کار کنند و به داده ها دسترسي پيدا کنند.
• نرم افزار پيچيده و جامع DBMS واسط بين برنامه هاي کاربردي و محيط فيزيکي است
• برنامه هاي کاربردي از جنبه هاي فيزکي مستقل هستند
• کاربران در يک محيط انتزاعي مبتني بر يک ساختار داده اي کار مي کنند
• سرعت دستيابي به داده بالا است
• امکان استفاده اشتراکي از داده ها وجود دارد
• امکان کنترل متمرکز روي کليه داد هاي عملياتي
• ايمني داده زياد است
• افزونگي کاهش پيدا کرده است
• مفهوم چند سطحي بودن معماري (داخلي، خارجي، ادراکي) بسط پيدا کرد
• سيستم هاي پايگاه داده توزيع شده طراحي شده اند

نسل پنجم(1989-1981) : پايگاه معرفت

اين نسل به که نسل پايگاه معرفت (Knowledge Base) شناخته شده است با استفاده از منطق صوري، سيستم هاي خبره، هوش مصنوعي و پردازش زبان طبيعي سيستمي طراحي و ايجاد مي شود که قادر به استناج منطقي از داده هاي ذخيره شده است.
پايگاه معرفت مجموعه اي از واقعيت هاي ساده و قواعد عام است که نشان دهنده بخشي از جها واقعي باشد.
• سيستم پايگاه معرفت که مسئوليت ذخيره سازي، امنيت، جامعيت و تامين نيازهاي کاربران رابرعهده دارد

سيستم مديريت پايگاه داده

سيستم مديريت پايگاه داده يا به طور خلاصه (DataBaseManagement System) DBMS مهمترين نرم افزاري در سيستم پايگاه داده است که به عنوان رابط بين پايگاه داده و کاربر و برنامه ها ي کاربردي عمل مي نمايد.
کليه فايل هاي پايگاه داده فقط در اختيار اين نرم افزار قرار گرفته و دستيابي به آنها تنها از طريق DBMS امکان پذير است.
DBMS سرويس هائي جهت دسترسي داده در پايگاه داده فراهم مي کند به نحوي که از کليه خواص داده محافظت شود.

وظايف سيستم مديريت پايگاه داده

وظايف DBMS در سيستم هاي مختلف تا حدودي متقاوت بوده و بستگي به نوع کاربران آن دارد. اما به طور کلي اين وظايف عبارتند از:
1. امکان تعريف پايگاه داده
2. امکان ايجاد پايگاه داده
3. امکان دستکاري داده ها
4. بازيابي پايگاه داده
5. بهنگام سازي پايگاه داده (عمليات درج، حذف و جايگزيني)
6. تامين تسهيلاتي براي کاربر به منظور توسعه سيستم
7. امکان سازماندهي مجدد
8. کنترل امنيت و جامعيت داده ها
9. ايجاد ديکشنري داده ها
10. امکان کنترل کارائي

تراکنش

تراکنش (transaction) يک برنامه فعال است که دنباله اي از دستورات را شامل مي شود و به طور خاص بعضي عمليات آن روي پايگاه داده است.
سه عمل تراکنشي خاص وجود دارد: start که نشان مي دهد يک تراکنش دارد شروع مي شود، commit که دلالت بر اتمام عادي تراکنش دارد و abort که بيان کننده پايان يافتن تراکنش به دليل سقط آن است و کليه اثرات ترکنش سقط شده بايد rollback يا بي اثر شود. وقتي تراکنش commit مي شود تاثيرش روي پايگاه داده بايد دائمي شود.
هر تراکنش بايد پايگاه داده را از يک حالت سازگار به حالت سازگار بعدي ببرد. تراکنش بايد داراي خواص ACID باشد تا پايگاه داده را در حالت سازگار باقي نگهدارد. خواص ACID حروف اول چهار خاصيت زير مي باشند:

1. اتميسيته (Atomicity)

تراکنش ها اتميک هستند يا اصلا شروع نمي شوند يا وقتي آغاز شدند حتما به پايان مي رسند. يا همه عمليات انجام مي شود يا هيچکدام. نگهداشتن خاصيت اتميسيته به عهده کنترل همروندي و ترميم است.

2. سازگاري (Consistency)

يک تراکنش يا پايگاه داده را به حالت سازگار جديدي مي برد يا اگر شکستي رخ داد کليه داده ها به حالت قبل از شروع تراکنش برمي گردند.

3. ايزوله بودن (Isolation)

تراکنشي که در حال اجراست و هنوز به پايان نرسيده تاثيرش از بقيه مخفي است مگر اينکه commit شده باشند. اجراي همروند تراکنش ها بايد به صورتي باشد که انگار پشت سرهم اجرا شده اند. حفظ اين خاصيت بر عهده کنترل همروندي است.

4. ماندگاري (Durability)

از وقتي تراکنشي commit شد تاثيرش دائمي است؛ حتي اگر سيستم خراب شود داده در حالت درست خود باقي مي ماند.

اجزاي سيستم مديريت پايگاه داده

وظايف DBMS توسط تعدادي مولفه نرم افزاري انجام مي شود. هر کدام از اين مولفه ها ممکن است مرکب از چند واحد کوچکتر باشند. تعدادي از سرويس هاي که توسط مولفه هاي DBMS داده مي شوند در زير ليست شده است:

1. پردازش تراکنش (Transaction Processing)

پردازش تراکنش عملياتي که از منابع مختلف مي رسد را روي پايگاه داده اجرا مي کند به نحوي که خواص مطلوب تراکنش خدشه دار نشود. سرويس هاي کنترل همروندي و ترميم به اين مولفه براي برقراري خواص ACID کمک مي کنند. به اين ترتيب اجراي همروند تراکنش ها و سازگاري پايگاه داده حتي در صورت وقوع شکستي در سيستم تضمين مي شود.

2. کنترل همروندي (Concurrency Control)

مديريت اجراي همروند تراکنش ها روي پايگاه داده در حين برقراري سازگاري را به عهده دارد.

3. ترميم (Recovery)

ترميم تضمين مي کند که اگر اجراي تراکنش با عدم موفقيت يا سقط روبرو شد، تاثير نامطلوبي روي پايگاه داده يا تراکنش هاي ديگر نگذارد و حالت پايگاه داده را هميشه سازگار نگه دارد.

4. مديريت ثبت احوال(Log Management)

هر اتفاقي در سيستم در يک فايل ذخيره مي شود و توسط مديريت ترميم براي حفظ صحت و اعتبار پايگاه داده هنگام خرابي يا سقط سيستم استفاده مي شود.

5. واسطه زباني (Language Interface)

دستوراتي را براي تعريف داده، کار کردن با آن دراختيار کاربران و برنامه هاي کاربردي قرار مي دهد.

6. تحمل پذيري خطا(Fault Tolerancy )

توانائي ارائه سرويس هاي قابل اطمينان توسط DBMS حتي در صورت بروز نقص را تحمل پذيري خطا مي گويند. انواع خطاهائي که ممکن است پيش بيايد عبارتند از:
• خطاي منطقي : تراکنش موفق نمي شود مثلا به دليل ورودي بد، سرريزي
• خطاي سيستمي : تراکنش موفق نمي شود مثلا به دليل بن بست
• سقط سيستم : قطع برق، پاک شدن حافظه اصلي، پر شدن ديسک
• ناتواني ديسک : خرابي هد، خرابکاري عمدي، آتش سوزي،

7. کاتالوگ داده (Data Catalog)

يا ديکشنري داده يک پايگاه داده سيستمي شامل اطلاعاتي درباره داده، ارتباطات و قيدها در پايگاه اصلي است. گاهي به آن متاداده هم گفته مي شود.

8. امنيت (Security)

امنيت به محافظت داده در مقابل افشاشدن، تغيير و خرابي اشاره دارد. هر کابر و برنامه کاربردي امتياز ويژه اي براي دسترسي به داده دارد. کاربران ممکن است ديدگاه هاي مختلفي نسبت به داده هاي پايگاه داده با توجه امتيازات ويژه خود داشته باشند. سيستم امنيتي همچنين، توسط رويه هاي شناسائي و مجوز، دسترسي به پايگاه داده را محدود مي کند.

9. مديريت ذخيره سازي (Storage Management)

DBMS مکانيسم هاي خاصي براي ذخيره دائمي داده و دسترسي به منبع فيزيکي و بازيابي داده دارد. مدير ذخيره سازي بين داده ذخيره شده در پايگاه داده و برنامه کاربردي و پرس و جوهاي ارسال شده به سيستم واسطه مي شود.

10. مديريت قفل (Lock Management)

هنگام استفاده اشتراکي از داده انواع مختلفي از قفل روي داده گذاشته مي شود (مثل Read Lock و Write Lock).

11. مديريت بن بست (Deadlock Management)

بن بست وقتي اتفاق مي افتد که تراکنش ها براي بدست آوردن منابع در يک دايره بسته قرار گيرند يعني هر يک منبعي در اختيار دارد که مورد تقاضاي ديگري است و درخواست منبعي را مي کند که در اختيار تراکنش منتظر منبع است. در پايگاه داده منابع رکوردها هستند. مديريت منبع مسئول رفع اين مشکل هستند.

انواع سيستم هاي مديريت پايگاه داده

انواع مختلفي از سيستم هاي پايگاه داده وجود دارند که هرکدام به منظور خاصي طراحي و پياده شده اند. دسته بندي سيستم هاي پايگاه داده به صورت زير انجام گرفته است:

سيستم مديريت پايگاه داده توزيع شده (Distributed DataBase ManagementSystem)

سيستم هاي توزيع شده بر توزيع داده و همچنين همبستگي فعاليت ها و کنترل روي اجزاي توزيع شده سيستم دلالت دارند. اکثر سيستم هاي توزيع شده براي تقسيم کردن بارکاري يا براي انتقال عملکردهاي پردازش داده به نزديکي محل انجام اين وظايف است. در هردو حالت هدف نامحسوس بودن توزيع شدگي از ديد کاربر است.

سيستم مديريت پايگاه داده بلادرنگ (Real-Time DataBase Management System)

سيستم هاي بلادرنگ سيستم هاي سريع با سرعت پاسخگوئي بالا هستند که زمان انجام کليه عمليات نقش مهمي در آنها دارد. سيستم بلادرنگ در تعامل با دنياي واقعي پاسخ قابل پيش بيني را در قاب زمان مي دهد. ورودي، پردازش و پاسخ ها همگي از قبل تعريف شده هستند و حد زماني مشخصي دارند و به نحوي بهينه مي شوند که هر حالت ورودي يک حالت خروجي قابل پيش بيني دارد که هميشه در يک زمان و به يک روش اتفاق مي افتد.

سيستم مديريت پايگاه داده تحمل پذير خطا (Fault Tolerance DataBase ManagementSystem)

سيستم تحمل پذير خطا سرويس هائي را دارد که با ناتواني هاي اجزاي سخت افزاري و نرم افزاري برخورد مي کند. براي رسيدن به اين منظوربايد کليه نقاطي که احتمال نقصي در آنها وجود دارد از قبل بررسي شده، ابزارهائي براي تشخيص، اصلاح و يا ترميم آنها به نحوي طراحي شود که کمترين تاثير را روي برنامه هاي کاربردي بگذارند. مکانيسم هاي RAID، ShadowMemory و کپي از جمله روش هائي هستند که استفاده مي شوند.

سيستم مديريت پايگاه داده مطمئن (Secure DataBase Management System)

در يک سيستم مطمئن کليه اعمالي که کاربران و برنامه هاي کاربردي اجازه دارند انجام دهند همچنين زمان و مقدار انجام آنها کنترل مي شوند. به عنوان مثال يک سيستم پرسنلي ممکن است درنظرداشته باشد به کليه کاربران اجازه دستيابي به سابقه پرسنلي خودشان و استخراج اطلاعات شغلي شان را بدهد اما دسترسي به سابقه کارمندان ديگر يا حتي برخي اطلاعات مربوط به خودشان امکان پذير نباشد. براي دادن چنين سرويسي سيستم پايگاه داده بايد قابليـت تعريف حقوق دسترسي و رسيدگي به آنها را درقبال کاربراني که به داده دسترسي دارند داشته باشد.

سيستم مديريت پايگاه داده ناهمگون (Hetrogenouse DataBase ManagementSystem)

سيستم ناهمگون از DBMS هاي مختلف تشکيل شده است. براي مثال شعب يک شرکت هر کدام منحصرا نيازهاي پردازشي خود را با سخت افزار و نرم افزارجداگانه برطرف مي کنند. اگر نياز باشد اين سيستم ها با هم فعل و انفعال داشته باشند و از طريق شبکه به هم پيوند داده شوند يک HTDBMS ايجاد مي شود تا پايگاه داده هاي مختلف با هم ارتباط برقرار کند.

سيستم مديريت پايگاه داده چندرسانه اي (Multimedia DataBase ManagementSystem)

سيستم هاي محاسباتي چندرسانه اي انواع متنوعي از منابع داده اي گرافيکي، تصاوير ويدئويي، صوت و متن را استفاده و يا با هم ترکيب مي کنند. اين منابع داده اي پيچيده بايد براي سيستم محاسباتي بسهولت قابل دسترس باشند. براي استفاده در برنامه هاي کاربردي interactive چنين سيستم هائي از ترکيب الزامات پايگاه داده هاي بلادرنگ با سيستم هاي گرافيکي تعاملي استفاده مي کنند تا ارائه اطلاعات سنکرون شده و بلادرنگ حاصل شود.

سيستم مديريت پايگاه داده متحد (Federated DataBase Management System)

نسل جديد سيستم هاي مديريت پايگاه داده سعي دارند اطلاعات جمع آوري شده از سنسورها را مستقيما ذخيره کنند. اين سيستم ها از پايگاه هاي دانش نيز حمايت مي کنند.

ANSI/SPARC

سيستم هاي مديريت پايگاه داده داراي معماري هاي يکساني نيستند. معماري سه سطحي ANSI/SPARC يکي از استانداردهايي است که امروزه اساس اکثر سيستم هاي مديريت پايگاه داده را شکل مي دهد. اين استاندارد توسط گروه مطالعاتي ANSI/SPARC اولين بار در سال 1975 براي طراحي سيستم هاي مديريت پايگاه داده پيشنهاد شد.
ANSI/SPARC مخفف American National Standards Institute, Standards Planning And Requirements Committee است.
معماري ANSI/SPARC سه سطح مجزا را براي توصيف داده در يک پايگاه داده تعيين مي کند:
• سطح خارجي(external level)
• سطح ادراکي (conceptual level)
• سطح داخلي(internal level)
هدف معماري سه سطحي اين است که امکاناتي را فراهم کند تا کاربران بتوانند با ديدگاه هاي شخصي خود به داده موردنياز دسترسي پيدا کنند. يعني هر کاربري بتواند به داده مشترک دسترسي پيدا کند اما ديد خاص خود را داشته باشد.
از طرف ديگر فاصله بين سطح داخلي از سطح خارجي دلالت بر اين دارد که کاربر نيازي به دانستن جزئيات فيزکي داده ذخيره شده در پايگاه داده ندارد. اين تفکيک سطح اجازه تغيير ساختار ذخيره سازي پايگاه داده را بدون تاثير روي ديدهاي کاربران مي دهد. لازمه اين استقلال سطوح از همديگر است به نحوي که تغييرات روي يک سطح روي بقيه تاثير نگذارد.

سطح خارجي

سطح خارجي ديد کاربر از داده هاي ذخيره شده در پايگاه داده است. منظور از ديد کاربر (user view) قسمتي از پايگاه داده است که کاربر با آن سروکار دارد. يعني مجموعه اي از صفات خاصه موجوديت هائي است که در اختيار کاربر قرار داده مي شود. هر کاربر ديدگاه هاي خاص خود را از پايگاه داده مي تواند داشته باشد.
ديد هر کاربر بايد تعريف شود. به تعريف و شرح ديد کاربر شماي خارجي (external schema) مي گويند. براي تعريف شماي خارجي از يک مدل داده استفاده مي شود که معمولا همان است که در سطح ادراکي بکار رفته است.
ادامه دارد .....
ارسال مقاله توسط عضو محترم سايت با نام کاربري : davidfattahi
/س