1. قواعد بيانات
الفصل الأول
المفاهيم الأساسية فى قواعد البيانات

2. مقدمة
يعيش العالم عصر انفجار المعلومات حيث نما الوعي بالمعلومة و ازداد الحرص علي استثمارها نظراً لأهميتها فى حل المشكلات و اتخاذ القرارات. و تشكل المعلومات موارد أساسية لها نفس أهمية الموارد المادية و البشرية.
و برغم إنها موارد غير ملموسة إلا ان أثرها فعال و خطير. و مبلغ خطورتها انها الوسيلة الوحيدة للتعبير عن باقى الموارد.
فى هذا الفصل سنتعرف على البيانات والمعلومات والمعارف و المواصفات التى يجب ان تتوفر فى البيانات لنحصل على معلومات صالحة ومفيدة لمتخذى القرار.
يضم الفصل تعريف لقواعد البيانات وبعض الأمثلة مع توضيح بعض المفاهيم والمصطلحات المهمة عند التعامل مع قواعد البيانات مثل السجلات والحقول وغيرهما كما نتعرف على مراحل تصميم قاعدة البيانات و مستويات تمثيل البيانات وأنواع الروابط بين البيانات.
أخيرا يضم الفصل تعريف برامج إدارة قواعد البيانات و الوظائف التى تقوم بها.

3. 1-1- البيانات والمعلومات
المعلومات هى الحقائق حول موضوع معين و المنظمة بطريقة تحقق أقصى استفادة منها و يجب التمييز بين البيانات و المعلومات و المعارف.
البيانات هى المواد الخام للمعلومات و قد تتكون من أعداد أو حروف أو كلمات أو رموز وكلها قابلة للمعالجة لنحصل على معلومات صالحة لمساعدة متخذي القرار و كلما كانت البيانات صحيحة كانت المعلومات المترتبة عليها صحيحة لذلك يجب ان تتصف البيانات بالتالى:-
الدقة لان عدم الدقة فى البيانات يجعل المعلومات المبنية عليها و القرارات المتخذة على ضوء معطياتها غير واقعية أو مفيدة.
الارتباط بالموضوع منطقياً بحيث لا تتضمن البيانات الخاصة بشئون الأفراد مثلاً عناصر بيانات المشتريات أو المخازن
القدر المناسب لان كثرة البيانات عن الحد الملائم يشكل صعوبة على متخذي القرار بينما قلتها تسبب قدر من الارتباك
التوقيت المناسب بحيث تصل البيانات فى وقتها المناسب
التناسق بمعنى عدم التعارض أو التضارب بين البيانات
الشكل المناسب الذى يسمح بمعالجة البيانات
و بعد الحصول على البيانات تتم معالجتها و تشغيلها لتنتج المعلومات. وأما المعرفة فهي درجة أعلى من المعلومات و تشمل فهم و تقييم المعلومات و تحويلها الى مهارات و خبرات.

4. 1-2- قواعد البيانات
هى أنظمة لتجميع مفيد و مرتب لملفات البيانات و المعلومات و عرضها و التعامل معها بطرق تسهل الاستفادة منها مع اكبر قدر من التكاملية و اقل قدر من التكرارية مثلاً قاعدة بيانات خاصة بمجموعة من الكتب فى مكتبة ما و تضم بيانات عن أسماء الكتب والمؤلفين ودور النشر واسعار الكتب….الخ
وتخزن قواعد البيانات فى ملفات تضم كل البيانات الخاصة بتفاصيل كل قاعدة بيانات فإذا رجعنا الى مثال قاعدة البيانات الخاصة بالكتب وكانت عينة من هذه البيانات كالتالى
رقم الكتاب
اسم الكتاب
المؤلف
دار النشر
تاريخ النشر
سعر الكتاب
10111
Access
جو هابراكان
دار الفاروق
1999 60
10112
المبرمج
محمد جلال
دار الكتب العلمية 80
10113
البرمجة المتقدمة
مجدى ابو العطا
العربية لعلوم الحاسب
1997 40
جدول رقم 1

5. فان ملف قاعدة البيانات يضم كافة البيانات المراد تنظيمها و معالجتها حول الكتب ويضم الملف وحدات منفصلة تمثل كل وحدة كتاب واحد و تسمى سجلات فالسجل يمثل سطر فى الجدول السابق ويحتوى على بيانات تخص كتاب ما مثل رقمه واسمه ومؤلفه و دار النشر و تاريخ النشر وسعر الكتاب و من هذا يتضح ان السجل يتكون من مجموعة من العناصر تسمى حقول فكل عمود فى الجدول السابق يمثل حقل و قيمة كل حقل عبارة عن معلومة واحدة و محددة مثلا الحقل المسمى رقم الكتاب محتواه فى السجل الأول وفى الجزء التالى سنتحدث بمزيد من التفصيل عن هذه المفاهيم الأساسية و المهمة عند دراسة قواعد البيانات.
المكون الأساسي لأي نموذج بيانات هو وحدة البيانات Data Item ولكل وحدة بيانات قيمة معينة Value فمثلاً اسم الطالب هو وحدة بيانات و قيمتها أحمد محمد والعنوان وحدة بيانات و قيمتها ج.م.ع الدقهلية المنصورة- 15 ش الجمهورية ومجموع الدرجات وحدة بيانات و قيمتها 550 .
وهناك بعض وحدات البيانات تتكون بدورها من وحدات بيانات اصغر و تسمى Group Data Item فالعنوان يتكون من الدولة والمحافظة والمدينة والشارع. وتاريخ الميلاد وحدة بيانات يمكن تقسيمها الى اليوم و الشهر والسنة بل ان السنة بدورها يمكن تقسيمها الى القرن والعقد والسنة. واسم الطالب أيضا وحدة بيانات يمكن تقسيمها الى الاسم الأول First_name و الاسم الأوسط Mid-name والاسم الأخير Last_name . وهناك بعض وحدات البيانات لا يمكن تحليلها الى بيانات اصغر و تسمى وحدات بيانات عنصرية Elementary Data Item مثل رقم جلوس الطالب.

6. 1-3- السجلات والحقول الحقول
وحدات البيانات المجمعة المتعلقة بكيان واحد أو مدخل واحد Entity تمثل السجل الخاص بهذا الكيان و هذه الوحدات تكون مرتبطة ببعضها فالسجل الخاص بموظف بشركة ما يحتوى على وحدات بيانات تسمى اسم الموظف و العنوان و الوظيفة الحالية و المرتب وتاريخ التعيين…..الخ و قيم هذه الوحدات تختلف باختلاف الموظف. و السجل الخاص بكتاب فى مكتبة ما يتضمن وحدات بيانات تسمى رقم الكتاب واسمه ومؤلفه و دار النشر …..الخ وقيم هذه الوحدات أيضا تختلف من كتاب الى اخر و من ذلك يتضح ان هناك فرقا بين اسم وحدة البيانات و قيمتها أو محتواها.
الحقول
الحقل هو التمثيل الفعلي لوحدة البيانات ولكل حقل اسم غالبا يعبر عن محتواه فالحقل المسمى المرتب محتوياته عبارة عن مرتبات الموظفين و الحقل المسمى العنوان محتوياته عبارة عن عناوينهم و هكذا. ولكل حقل أيضا نوع يحدد نوع بيانات هذا الحقل و طول يحدد أقصي اتساع لبياناته وقيمه تختلف من سجل لأخر. الجدول التالى يمثل سجل خاص بموظف والحقول التى يتضمنها وأطوالها و أنواعها و قيمها

7. Record: Employee
Value
Field Type
Field Length
Field name
Ahmed mohamed
Text 30
Employee-name
El-mansoura 40
Address $
Currency 7
Salary 10
Tel_no.
جدول رقم 2
اذا رجعنا الى جدول رقم 1 و تتبعنا محتويات الحقول المسماة اسم الكتاب و المؤلف ودار النشر لوجدناها تشترك فى نوعية البيانات فهى بيانات حرفية تضم الحروف وبعض العلامات الخاصة. أما الحقل المسمى سعر الكتاب فان محتوياته عبارة عن بيانات عددية تقبل الدخول فى عمليات حسابية وأما الحقل المسمى بتاريخ النشر فيحتوى على تاريخ و الحقل المسمى رقم الكتاب محتوياته عبارة عن أعداد و لكنها لا تدخل فى عمليات حسابية وانما تعامل معاملة البيانات الحرفية و فى الجزء التالى سنستعرض انواع الحقول.

8. 1-3-1- أنواع الحقول حرفية Text ملاحظات Memory رقمية Number
تحديد نوع الحقل عملية مهمة جدا لبناء قواعد البيانات ويتحدد نوع الحقل على حسب نوعية محتوياته وبرغم اختلاف مسميات أنواع الحقول باختلاف برنامج قواعد البيانات المستخدم لإدارة البيانات إلا إنها لن تحرج عن إحدى الأنواع التالية
حرفية Text
وتشمل البيانات الحرفية مثل الأسماء والعناوين والأرقام التى لا تدخل فى عمليات حسابية مثل أرقام التليفونات و الكتب و بعض العلامات الخاصة مثل المسافة. و يكون أقصي اتساع لهذه البيانات 255 حرف.
ملاحظات Memory
ويستخدم لتسجيل الملحوظات التى تحتل كمية كبيرة من النصوص حيث يسجل المستخدم كافة الملحوظات الخاصة بكل سجل فى هذا الحقل حتى حرف
رقمية Number
ويحتوى على بيانات عددية ستجرى عليها عمليات حسابية مثل حقل مرتبات الموظفين أو أثمان الكتب أو الفائدة و يقبل الأرقام الصحيحة و العشرية وتختلف دقة الأرقام على حسب الجهاز و البرنامج المستخدم

9. تاريخى Date منطقى Logical كائن OLE
ويحتوى على بيانات تاريخية مثل تاريخ الميلاد أو تاريخ استعارة الكتاب و يأخذ شكل التاريخ mm/dd/yy فى بعض برامج قواعد البيانات وفى بعض الإصدارات الحديثة من برامج قواعد البيانات يحدد المستخدم شكل الصورة التى يظهر عليها التاريخ. ومن الممكن إجراء بعض العمليات الحسابية على بيانات الحقول التاريخية.
منطقى Logical
ويحتوى الحقل من هذا النوع على بيان طوله حرف واحد إما Y أو N بمعنى نعم أو لا و يستخدم فى حالة البيانات التى لا تقبل إلا حالتين فقط مثل الحالة الاجتماعية للموظف إذا كان متزوج ام لا أو حالة الكتاب اذا كان مستعار ام لا.
كائن OLE
وهو من الأنواع المستحدثة فى الإصدارات الحديثة من برامج إدارة قواعد البيانات و يستخدم لإدخال بعض عناصر البيانات الغير تقليدية مثل الصوت أو الصورة أو رسم بيانى أو فيديو كليب.

10. 1-3-2-توصيف الحقول
بعد تحديد أنواع الحقول نختار أسمائها و تختلف شروط اختيار اسم الحقل باختلاف البرنامج المستخدم لإدارة قواعد البيانات وعموما يفضل ان يكون الاسم مختصر فى كلمة واحدة و يعبر بشكل وصفى عن محتويات هذا الحقل و يتكون الاسم من مجموعة من الحروف و الأرقام و العلامات الخاصة مثل Underscore وعدد الحروف المكونة للاسم تختلف من برنامج الى أخر.
بعد ذلك يجب تحديد حجم أو طول الحقل ويحدد أقصى اتساع للحروف المكونة للبيانات التى سيشتمل عليها و إذا كان الحقل من النوع الرقمي يجب تحديد عدد الخانات للرقم العشرى.

11. شكل 1 المرحلة الأولى فى إنشاء قاعدة البيانات
1-4- مراحل إنشاء قواعد البيانات
هناك فرق بين الملفات وقواعد البيانات فالملفات هى تجميع لسجلات خاصة بموضوع معين مثل ملف الموظفين بإحدى الشركات أو ملف الكتب بينما قاعدة البيانات هى مجموعة من الملفات المرتبطة و المتعلقة بكيان واحد مثلا قاعدة بيانات مستشفى تضم ملف للعاملين و ملف للمرضى وملف للمخازن وهكذا.
يمر إنشاء قاعدة البيانات بمرحلتين الأولى هى Logical Design حيث تمثل مدخلات قاعدة البيانات و العلاقات بينها مثل قاعدة البيانات الخاصة بطلبة يدرسون مجموعة من المقررات الدراسية و يكون التمثيل بصناديق تشكل المدخلات المختلفة لقاعدة البيانات و العلاقة بينها وذلك دون الدخول فى تفاصيل Software أو Hardware كما فى شكل 1.
Students
Courses
Students/Courses
شكل 1 المرحلة الأولى فى إنشاء قاعدة البيانات
الخطوة التالية هى Physical Design وفيه يتم عمل النموذج الفعلي لقاعدة البيانات بما فيه توصيف اسم القاعدة و أسماء الحقول و أطوالها و أنواعها…الخ

12. 1- 5- مستويات تمثيل البيانات
تقسم مستويات تمثيل البيانات الى ثلاث مستويات و تسمى Abstraction Levels وتضم
والمقصود به التنظيم أو المؤسسة و ما يشملها وأيضا البيئة المحيطة به التى تؤثر فيه و تتأثر به و تسمى المدخلات Entities وتضم مدخلات محسوسة مثل الأشخاص المتعاملين معها و مدخلات غير محسوسة مثل الحسابات وكل مدخل له حقول بيانات خاصة به Fields و تسمى أيضا Attributes فمثلا لو تكلمنا عن شركة ما إذا كان الموظفون و الطلبيات و المنتجات هم أنواع من المدخلات فان الحقول الخاصة بهم يمكن ان توضح كالاتى
1- مستوى العالم الحقيقي Reality

13. Orders
Employees
Products
OrderID
EmployeeID
ProductID
CustomerID
LastName
ProductName
Firstname
SupplierID
OrderDate
BirthDate
CategoryID
ShippedDate
Address
UnitPrice
ShipName
HomePhone
QuantityPerUnit
هناك فرق بين المدخل Entity و صنفه Entity Class فالمقصود بالصنف هو مجموعة لها نفس الخصائص مثل الطلبة أو الموظفين وهكذا أما المدخل نفسه فهو طالب أو موظف بعينه. و يجب ان يكون لكل مدخل حقل يميزه يسمى Identifier أو Key Field فمثلا رقم المنتج Product Number يمثل المفتاح الخاص بالمنتج فى صنف المدخل المسمى Products ويجب ملاحظة أن يكون هذا الحقل Key Field منفردا Unique أى لا يوجد منتجان لهما نفس الرقم. هذه المدخلات هى أجزاء من العالم الحقيقى ومن الصعب متابعتها وملاحظتها فى أماكنها المختلفة فالمنتجات فى المخازن و ملفات الموظفين فى شئون الأفراد ولهذا يجب ان يكون للبيانات تمثيل فى مستويات أخري هى مستوى توصيف البيانات ثم مستوى البيانات الفعلية.

14. 2- مستوى توصيف البيانات Metadata
هذا المستوى يتعامل مع مواصفات البيانات بغرض الوصول الى النموذج Logical Design للمدخلات و الروابط Associations الموجودة بينها. و فيه يتم توصيف السجلات و الحقول بما فيها أسمائها وأنواعها وأحجامها وكذلك توصيف العلاقات بين حقول البيانات وإنشاء ما يسمى بقاموس البيانات Data Dictionary وذلك بواسطة مدير قاعدة البيانات DataBase Administration
3- مستوى البيانات الفعلية Physical Data
وفيها يتم ادخال البيانات الحقيقية Physical Data للمدخلات و تسمى Entity Occurrence فإذا كان الموظفون يمثلون أحد أصناف المدخلات فان سجل أحمد محمد بما يحتويه من بيانات الحقول هو مستوى البيانات الفعلية التى تمثل و تخزن فى الحاسب.

15. 1-6- الروابط المتبادلة بين البيانات Mutual Associations
تنقسم الروابط بين البيانات الى ثلاث أنواع
الربط من واحد الى واحد One-to-One (1:1)
ويعنى ان لكل قيمة لوحدة البيانات الأولى يقابلها قيمة واحدة فقط لوحدة البيانات الثانية وكل قيمة لوحدة البيانات الثانية يقابلها قيمة واحدة فقط لوحدة البيانات الأولى ومن أمثلة هذا النوع العلاقة بين اسم الطالب و رقم جلوسه حيث يقابل كل رقم جلوس اسم طالب واحد و العكس صحيح وكذلك العلاقة بين رقم المنتج و اسمه حيث يقابل رقم اى منتج اسم هذا المنتج ويقابل اسم كل منتج رقم واحد يمثل رقم هذ المنتج. يوضح شكل 2 العلاقة من واحد الى واحد.
Product no.
Product
1:1
شكل 2 الربط من واحد الى واحد

16. الربط من واحد الى متعدد One-to-Many (1:M)
وفيه نجد ان كل قيمة لوحدة البيانات الأولى يقابلها قيمة أو مجموعة قيم لوحدة البيانات الثانية وكل قيمة لوحدة البيانات الثانية يقابلها قيمة واحدة لوحدة البيانات الأولى. فإذا كانت وحدة البيانات الأولى تمثل اسم الطالب و وحدة البيانات الثانية تمثل رقم الفحص الطبي فان لكل طالب فحص أو عدة فحوص و يختص كل رقم فحص بطالب محدد و كذلك العلاقة بين الأب وأبنائه تندرج تحت هذا النوع فلكل أب مجموعة من الأبناء أما كل ابن فلديه أب واحد فقط. يوضح شكل 3 العلاقة من واحد الى متعدد.
Student no.
Medical Exam no.
1:M
شكل 3 الربط من واحد الى متعدد

17. الربط من متعدد الى متعدد Many-to-Many (M:N)
يعنى هذا الربط ان كل قيمة لوحدة البيانات الأولى يقابلها قيمة أو اكثر لوحدة البيانات الثانية وكل قيمة لوحدة البيانات الثانية يقابلها قيمة أو اكثر لوحدة البيانات الأولى فالعلاقة بين المدرس و الطالب فى مدرسة ما تمثل الربط من متعدد الى متعدد حيث كل مدرس يقوم بالتدريس لمجموعة من الطلاب و كل طالب لديه اكثر من مدرس. أيضا العلاقة بين المنتجات و الموردين فلكل منتج مجموعة من الموردين و على الجانب الآخر كل مورد لديه مجموعة من المنتجات.
Product
Supplier
M:NM
شكل 4 الربط من متعدد الى متعدد

18. 1-7- برامج إدارة قواعد البيانات
Data Base Management Systems DBMS
هى برامج تقوم بتنظيم و إدارة التعامل مع قواعد البيانات المخزنة داخل الحاسب و برغم اختلاف مسيمات هذه البرامج إلا أنها تشترك فى قيامها بالوظائف التالية
توصيف الهيكل البنائى لقاعدة البيانات بما يحتويه من جداول و حقول و علاقات تربط بين عناصر البيانات …..الخ
إضافة بيانات جديدة لقاعدة البيانات
إمكانية التعديل فى البيانات القديمة أو التراجع عن التعديل
إلغاء السجلات المحتوية على بيانات لم تعد هناك حاجة إليها
البحث عن بيانات لسجلات تتوافر بها معايير معينة للبحث Criteria
العرض للبيانات كلها أو بعضها على حسب رغبة المستخدم
ترتيب البيانات ترتيبا تنازليا أو تصاعديا وفقا لحقل أو مجموعة حقول
عمل نماذج للبيانات ليتعامل معها المستخدم بطريقة سهلة و مريحة
عرض التقارير التى تنظم البيانات وفق احتياج المستخدم وطباعتها
عرض نتائج الاستفسارات و طباعتها
وفى الجزء التالى من هذا الكتاب سنتعرض لإحدى هذه البرامج وهو برنامج ACCESS الذي يندرج تحت برامج إدارة قواعد البيانات المرتبطة