mizakisung: ระบบฐานข้อมูล (Database System)

ระบบฐานข้อมูล

ระบบฐานข้อมูล (Database System) เป็นคำประสมระหว่างคำว่า “ระบบ” (System) กับคำว่า “ฐานข้อมูล” (Database) มีความหมายและองค์ประกอบดังต่อไปนี้

ความหมาย

ระบบฐานข้อมูล โดยพื้นฐานเป็นระบบจัดเก็บระเบียนด้วยคอมพิวเตอร์ (A database system is basically a computerized record-keeping system.)สามารถทำงานกับข้อมูลในฐานข้อมูลในลักษณะต่าง ๆ ได้ เช่น

เพิ่มแฟ้มใหม่เข้าในฐานข้อมูล
แทรกข้อมูลลงในแฟ้ม
ดึงข้อมูลมาจากแฟ้ม
เปลี่ยนแปลงข้อมูลที่มีอยู่
ลบข้อมูล
ลบแฟ้ม

        ระบบฐานข้อมูล มีวัตถุประสงค์หลักในการจัดเก็บข้อสนเทศและให้ผู้ใช้สืบค้น ตลอดจนปรับปรุงข้อสนเทศนั้นให้เป็นปัจจุบัน

        องค์ประกอบ
        ระบบฐานข้อมูลมีองค์ประกอบหลัก 4 องค์ประกอบ ได้แก่

ข้อมูล (Data)
ฮาร์ดแวร์ (Hardware)
ซอฟต์แวร์ (Software)
ผู้ใช้ (Users)

1. ข้อมูล
ข้อมูลจะต้องเป็นข้อมูลรวมและแบ่งปันกันได้ (Both Integrated and Shared) ข้อมูลรวม (Integrated) ในฐานข้อมูล หมายถึง อาจมีข้อมูลซ้ำซ้อนกันระหว่างแฟ้มต่าง ๆ น้อยที่สุ หรือเท่าที่จำเป็น เช่น แฟ้มข้อมูลชื่อ EMPLOYEE กับ ENROLLMENT

NAME

ADDRESS

DEPARTMENT

SALARY

…

EMPLOYEE

NAME

COURSE

…

ENROLLMENT

แฟ้ม ENROLLMENT ไม่ควรมีเขตข้อมูล (Field) ชื่อ Department หรือ Salary ซ้ำอีก เพราะเราสามารถค้นหาได้จากแฟ้ม ENROLLMENT ได้อยู่แล้ว

ส่วนคำว่า แบ่งปัน (Shared) หมายถึง ข้อมูลในแต่ละชิ้นในฐานข้อมูลอาจถูกแบ่งปันระหว่างผู้ใช้หลายคน ซึ่งแต่ละคนสามารถเข้าถึงข้อมูลชิ้นเดียวกันได้ ด้วยวัตถุประสงค์ต่างกันไป ผู้ใช้หลายคนสามารถเข้าถึงข้อมูลได้พร้อมกัน (Concurrent Access)

2. ฮาร์ดแวร์
ฮาร์ดแวร์ของระบบฐานข้อมูลประกอบไปด้วย 2 ส่วน คือ

ที่เก็บข้อมูลสำรอง (Secondary Storage Volumes) เพื่อเก็บข้อมูลด้วยอุปกรณ์นำเข้า/ส่งออกข้อมูล(ดิสก์ไดร์ฟ), ตัวควบคุมอุปกรณ์, ช่องนำเข้า/ส่งออกข้อมูล
ตัวประมวลผลฮาร์ดแวร์หน่วยความจำหลัก ที่สนับสนุนการทำงานของระบบฐานข้อมูล

3. ซอฟต์แวร์
        ซอฟต์แวร์ เป็นส่วนเชื่อมระหว่างผู้ใช้กับฮาร์ดแวร์
        ซอฟต์แวร์ในที่นี้คือ ระบบจัดการฐานข้อมูล หรือระบบบริหารฐานข้อมูล (Database Management System : DBMS) ซึ่งมีหน้าที่ช่วยซ่อนกับผู้ใช้ฐานข้อมูลจากรายละเอียดระดับฮาร์ดแวร์ ระบบจัดการฐานข้อมูลจะทำให้ผู้ใช้รู้จักฐานข้อมูลในระดับที่อยู่เหนือระดับฮาร์ดแวร์และช่วยสนับสนุนการปฏิบัติงานของผู้ใช้ เช่น การปฏิบัติงานด้วยภาษานอบถามเชิงโครงสร้าง (Structured Query Language : SQL)


   4. ผู้ใช้
        ผู้ใช้ (Users) มี 3 กลุ่ม ได้แก่

โปรแกรมเมอร์ เขียนโปรแกรมประยุกต์ใช้ฐานข้อมูลด้วยภาษาคอมพิวเตอร์ภาษาใดภาษาหนึ่ง
ผู้ใช้ปลายสุด (End Users) ติดต่อกับระบบจากสถานีงานออนไลน์ ผู้ใช้สามารถเข้าถึงฐานข้อมูลผ่านโปรแกรม หรืออาจใช้ส่วนติดต่อ (Interface) ที่ให้มาซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของซอฟต์แวร์ฐานข้อมูล โดยเป็นส่วนที่สร้างไว้แล้วซึ่งผู้ใช้ปลายสุดไม่ต้องเขียนโปรแกรมขึ้นมาเอง ผู้ใช้ปลายสุดเพียงแต่ออกคำร้องขอ (Requests) ต่อฐานข้อมูล ด้วยภาษา SQLเช่น คำสั่ง SELECT,INSERT
ผู้บริหารฐานข้อมูล (Database Administrator : DBA)

เป็นบุคลากรทางเทคนิค เป็นมืออาชีพด้านไอที โดยมีงานในหน้าที่ ดังนี้

สร้างฐานข้อมูลจริงขึ้นมา และทำการสร้างการควบคุมทางเทคนิคเท่าที่จำเป็นเพื่อบังคับให้การตัดสินใจเชิงนโยบายหลายอย่างจะทำได้โดยบริหารฐานข้อมูล
รับผิดชอบต่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพของระบบฐานข้อมูล และให้บริการทางเทคนิคแก่ฝ่ายอื่น ๆ

นอกจากนี้ยังมีบุคคลระดับบริหารซึ่งไม่ใช่ผู้ใช้ แต่มีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับฐานข้อมูล คือ ผู้บริหารข้อมูล (Data Administrator : DA)เป็นบุคคลทีรู้ความเป็นไปของการใช้ข้อมูลดี ควรเป็นคนในระดับผู้บริหารอาวุโส (Senior Management)รู้ว่าควรเก็บข้อมูลอะไร ไว้อย่างไร งานของผู้บริหารข้อมูลได้แก่

ตัดสินใจว่าควรจัดเก็บข้อมูลอะไรลงในฐานข้อมูลตั้งแต่เริ่ม
กำหนดนโยบายในการบำรุงรักษาและจัดการกับข้อมูลที่ถูกนำมาเก็บไว้ กล่าวคือ กำหนดนโยบายความปลอดภัยของข้อมูล (Data Security Policy)

ระบบบริหารฐานข้อมูล

ระบบบริหารฐานข้อมูล (Database Management System) บางที่เรียกว่า ระบบจัดการฐานข้อมูล แท้ที่จริงคือ ซอฟต์แวร์ที่จัดการการเข้าถึงทุกอย่างที่กระทำกับฐานข้อมูล (The DBMS is the software that handles all access to the database.) ซึ่งได้แก่ขั้นตอนการกระทำต่อไปนี้

ผู้ใช้ออกคำร้องขอเข้าสู่ฐานข้อมูลโดยใช้ภาษาย่อยข้อมูล
ระบบฯ ตรวจจับคำร้องขอและวิเคราะห์วากยสัมพันธ์
ระบบฯ ตรวจดูวัตถุเค้าร่างภายนอก (External Schema) ของผู้ใช้ การเชื่อมระหว่างระดับภายนอกกับระดับแนวคิด เค้าร่างแนวคิด การเชื่อมระหว่างระดับแนวคิดกับระดับภายใน และนิยามโครงสร้างการจัดเก็บ (Storage Structure Definition)ในเรื่องเค้าร่าง (Schema) ต่าง ๆ นี้ จะมีอธิบายละเอียดในบทต่อไปโดยอยู่ในหัวข้อ “สถาปัตยกรรมฐานข้อมูล”
ระบบฯ ทำตามคำร้องขอโดยกระทำกับฐานข้อมูลที่จัดเก็บนั้น (The DBMS executes the operations on the stored database.)

1.4 หน้าที่ของระบบฐานข้อมูล
ระบบบริหารฐานข้อมูล จะต้องสนับสนุนการกระทำต่อไปนี้ได้อย่างน้อย

การนิยามข้อมูล (Data Definition) ต้องสามารถรับการนิยามข้อมูลได้ เช่น การกำหนดเค้าร่างภายนอก เค้าร่างแนวคิด เค้าร่างภายใน และการเชื่อมทุกตัวที่เกี่ยวข้อง จากนั้นแปลงนิยามนั้นให้เป็นวัตถุ ดังนั้น ระบบจัดการฐานข้อมูลต้องมี ตัวประมวลผลภาษานิยามข้อมูล (Data Definition Language Processor/Compiler)
การจัดดำเนินการข้อมูล (Data Manipulation) ระบบฯ ต้องสามารถจัดการคำร้องในการสืบค้น ปรับปรุง ลบ เพิ่มข้อมูลได้ ดังนั้น ระบบฯ จึงต้องมีตัวประมวลผลภาษาจัดดำเนินการข้อมูล (Data Manipulation Language Processor/Compiler) การร้องขอให้จัดดำเนินการข้อมูลอาจเป็น การร้องขอที่แจ้งล่วงหน้า (Planned Request) ซึ่งเตรียมไว้ล่วงหน้าก่อนการ Execute เป็นอย่างดี เช่น การรันโปรแกรมทุกเช้าซึ่งเป็นกิจวัตร หรืออาจเป็นการร้องขอที่ไม่แจ้งล่วงหน้า (Unplanned or ad Hoc request) ซึ่งต้องการข้อมูลอย่างฉับพลันหรือเป็นบางครั้งบางคราว ซึ่งมีลักษณะเป็นแบบโต้ตอบ (Interactive)
การแปลงคำสั่งให้เหมาะสมที่สุดและการเอ็กซีคิวคำสั่ง (Optimization and Execution)ระบบบริหารฐานข้อมูล จะมี Optimizer เป็นซอฟต์แวร์ที่รับเอาคำร้องขอ โค้ดคำสั่งวัตถุนั้นมาตรวจดูก่อนรันเพื่อดูว่าจะรันอย่างไรจึงจะดีที่สุด กล่าวคือ ให้ใช้ทรัพยากรน้อยที่สุด เช่น จะใช้วิธีใดในการเข้าถึงข้อมูล X จึงจะเหมาะสมที่สุด
ความปลอดภัยและความถูกต้องของข้อมูล (Data Security and Integrity) ระบบฯ จะต้องยอมให้ผู้บริหารฐานข้อมูล (DBA) สามารถเขียนคำสั่ง หรือกำหนดกฎความถูกต้อง (Integrity Constraints)ได้
การฟื้นฟูสภาพข้อมูลและสภาวะพร้อมกัน (Data Recovery and Concurrency) ระบบฯ ต้องสนับสนุนให้ผู้บริหารฐานข้อมูลสามารถสั่งให้ ตัวจัดการธรุกรรม (Transaction Manager or Transaction Processing Monitor)ให้ทำการฟื้นฟูสภาพ และควบคุมสภาวะการเข้าถึงฐานข้อมูลแบบพร้อมกันได้
พจนานุกรมข้อมูล (Data Dictionary) ระบบฯ ต้องสร้างพจนานุกรมข้อมูลของมันเองขึ้นมาได้เพื่อให้ผู้ใช้สามารถนำไปใช้ได้

ภาพหน้าที่และส่วนประกอบหลักของระบบบริหารฐานข้อมูล

        หน้าที่ของระบบบริหารฐานข้อมูล จะเห็นความแตกต่างเด่นชัดถ้าเปรียบเทียบกับ ระบบจัดการแฟ้มข้อมูล ซึ่งเป็นระบบดั้งเดิม กล่าวคือ ระบบจัดการแฟ้มข้อมูลมีหน้าที่ดังนี้

        1. ระบบจัดการแฟ้มข้อมูลไม่รับรู้โครงสร้างภายในของระเบียนที่จัดเก็บไว้ จึงไม่สามารถจัดการกับคำร้องขอที่อิงกับความรู้เรื่องโครงสร้างนั้น
        2. โดยปกติระบบจัดการแฟ้มข้อมูลจะมีน้อยหรือไม่มีการสนับสนุนเรื่องข้อกำหนดเกี่ยวกับการรักษาความปลอดภัยและความถูกต้องของข้อมูล
        3. โดยปกติระบบจัดการแฟ้มข้อมูลจะมีน้อยหรือไม่มีการสนับสนุนเรื่องการควบคุมการฟื้นฟูสภาพและสภาวะพร้อมกัน
     4. ระบบจัดการแฟ้มข้อมูลไม่มีหลักการของพจนานุกรมข้อมูลอย่างแท้จริงในระดับการจัดการแฟ้ม
        5. ระบบจัดการแฟ้มข้อมูลไม่มีเรื่องของความเป็นอิสระของข้อมูล หรือมีแต่น้อยมาก
        6. โดยปกติแฟ้มต่าง ๆ ในระบบจัดการแฟ้มข้อมูลจะไม่รวมกัน หรือไม่ปันส่าน อย่างในระบบบริหารฐานข้อมูล