ما المقصود بمخطط قاعدة البيانات؟

عادةً ما تستخدِم المخططات التمثيلات المرئية لتوصيل بنية قاعدة البيانات، لتصبح الأساس لمجموعة إدارة البيانات. تُعرَف عملية تصميم مخطط قاعدة البيانات هذه أيضًا باسم نمذجة البيانات.

تخدم نماذج البيانات هذه مجموعة متنوعة من الأدوار، مثل مستخدمي قاعدة البيانات ومسؤولي قواعد البيانات والمبرمجين. على سبيل المثال، يمكن أن تساعد مسؤولي قواعد البيانات على إدارة عمليات التطبيع لتجنب تكرار البيانات. أو يمكن أن تُتيح للمحللين التنقل ضمن هذه الهياكل البيانية لإجراء التقارير أو تحليلات أعمال قيِّمة أخرى. تُعَد هذه المخططات وثائق مهمة ضمن نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS)، وتضمن التوافق بين مختلَف الأطراف المعنية.

يُعَد مخطط قاعدة البيانات "المخطط الرئيسي" لها، حيث يصف كيفية ارتباط البيانات بجداول أخرى أو نماذج بيانات مختلفة. ومع ذلك، لا يحتوي المخطط فعليًا على بيانات.

عينة من البيانات في قاعدة البيانات في لحظة زمنية معينة تُعرَف باسم "مثيل قاعدة البيانات". وهو تحتوي على جميع الخصائص التي يصفها المخطط كقيم بيانات. ونظرًا لأن مثيلات قاعدة البيانات ليست سوى لقطة في لحظة معينة، فمن المرجح أن تتغير بمرور الوقت، على عكس مخططات قواعد البيانات.

رغم أن مصطلح "المخطط" يُستخدم على نطاق واسع، إلا أنه غالبًا ما يشير إلى ثلاثة أنواع مختلفة من مخططات قواعد البيانات: المخطط المفاهيمي، والمخطط المنطقي، والمخطط الفيزيائي.

• تقدِّم المخططات المفاهيمية رؤية شاملة لما سيحتويه النظام، وكيف سيتم تنظيمه، وقواعد الأعمال المرتبطة به. عادةً ما يتم إنشاء النماذج المفاهيمية كجزء من عملية جمع المتطلبات الأولية للمشروع.

• تُعَد المخططات المنطقية لقاعدة البيانات أقل تجريدًا مقارنةً بالمخططات المفاهيمية. وتحدِّد هذه المخططات بوضوح كائنات المخطط باستخدام المعلومات، مثل أسماء الجداول، وأسماء الحقول، وعلاقات الكيانات، وقيود التكامل، أي جميع القواعد التي تحكم قاعدة البيانات. ومع ذلك، فإنها لا تتضمن عادةً أي متطلبات تقنية.

• توفِّر المخططات الفيزيائية لقاعدة البيانات المعلومات التقنية التي تفتقر إليها المخططات المنطقية، إلى جانب المعلومات السياقية مثل أسماء الجداول والحقول، والعلاقات بين الكيانات، وغيرها. أي أنها تتضمن أيضًا الصيغة التي ستُستخدم لإنشاء هذه الهياكل البيانية داخل وحدة التخزين على القرص.

في كلٍّ من المخططات المنطقية والمخططات الفيزيائية، تحتوي جداول قاعدة البيانات على مفتاح أساسي أو مفتاح خارجي، يعمل كمُعرِّف فريد لكل إدخال داخل الجدول. تُستخدَم هذه المفاتيح في أوامر SQL لربط الجداول ببعضها، ما يوفر عرضًا موحدًا للمعلومات. تُعَد مخططات المخطط مفيدة بشكل خاص في توضيح العلاقات بين الجداول، كما تمكِّن المحللين من فهم المفاتيح التي ينبغي الربط بناءً عليها. هناك نوعان إضافيان من المخططات يُشار إليهما كثيرًا في سياق أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية (RDBMS)، وهما المخطط النجمي والمخطط المتشعب.

رغم أن المخططات المفاهيمية والمنطقية والفيزيائية تحتوي على مستويات مختلفة من المعلومات حول قواعد البيانات في مخططاتها، إلا أن المخططات النجمية والمتشعبة تُظهر العلاقات بين الكيانات بطريقة مختلفة. بشكل أكثر تحديدًا، يُعَد المخطط النجمي نوعًا من مخططات قواعد البيانات العلائقية، ويتكوّن من جدول حقائق مركزي واحد محاط بجداول أبعاد. ويُعَد هذا النوع من المخططات أبسط مقارنةً بالمخطط المتشعب.

يتكوّن المخطط المتشعب من جدول حقائق واحد مرتبط بالعديد من جداول الأبعاد، والتي يمكن أن تكون بدورها مرتبطة بجداول أبعاد أخرى من خلال علاقة متعدد إلى واحد. يوفر هذا المخطط ميزة انخفاض تكرار البيانات، لكنه ليس فعَّالًا بالقدر نفسه من حيث أداء الاستعلامات.

كما يشير الاسم، فإن المخطط النجمي يبدو على شكل نجمة، في حين أن المخطط المتشعب يشبه شكل ندفة الثلج.

مع استمرار نمو البيانات الكبيرة، تصبح كائنات قواعد البيانات والمخططات أمرًا بالغ الأهمية لضمان الكفاءة في العمليات اليومية للشركات. وإذا كانت النماذج العلائقية غير منظمة جيدًا وغير موثقة بشكل كافٍ، فستكون أكثر صعوبة في الصيانة، ما يسبب مشكلات للمستخدمين وللشركة على حد سواء.

تتضمن بعض المزايا الرئيسية لمخططات قواعد البيانات ما يلي:

• الوصول والأمان: يساعد تصميم مخطط قاعدة البيانات على تنظيم البيانات في كيانات منفصلة، ما يسهِّل مشاركة مخطط واحد داخل قاعدة بيانات أخرى. يمكن للمسؤولين أيضًا التحكم في الوصول من خلال أذونات قاعدة البيانات، ما يضيف طبقة إضافية من الأمن للبيانات الخاصة. على سبيل المثال، قد يحتوي مخطط واحد على معلومات تعريف شخصية (PII)، والتي قد تريد تشفيرها لأغراض الخصوصية والأمان.

• التنظيم والتواصل: يساعد توثيق مخططات قواعد البيانات على تحسين التنظيم وتعزيز التواصل بين الأطراف المعنية الداخلية. ونظرًا لأنه يوفر مصدرًا موحَّدًا للحقيقة، فإنه يُتيح للمستخدمين فهم القيود المنطقية وطرق التجميع عبر الجداول.

• النزاهة: يساعد هذا التنظيم والتواصل أيضًا على ضمان صحة البيانات. فعلى سبيل المثال، يمكن أن يُساعد المسؤولين على إدارة عمليات التطبيع لتجنّب تكرار البيانات. كما يمكن أن يُساهم في متابعة الالتزام بالقيود في تصميم قاعدة البيانات الخاص بالمخطط، مما يضمن الالتزام بخصائص ACID (الذَرّية، والاتساق، والعزل، والمتانة).