Стариков В.И. Информационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

ВВЕДЕНИЕ_________________________________________________________________________3

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ_______5

1.1. Принципы функционирования и основные элементы ИС__________________________________5

1.2. Классификация ИС.____________________________________________________________________8

1.3. Технологии описания предметной области_______________________________________________11

1.4. Архитектура клиент - сервер___________________________________________________________13

2. ДОКУМЕНТАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ______________________________16

2.1. Основные понятия и классификация документальных ИС.________________________________16

2.2. Информационно-поисковый язык______________________________________________________18

2.3. Эффективность функционирования документальных ИПС._______________________________20

3. ГИПЕРТЕКСТ.____________________________________________________________________21

3.1. Основные понятия и определения.______________________________________________________21

3.2. Технологии разметки документов.______________________________________________________24

3.3. Технологии документирования информационных ресурсов - ODA._________________________27

4. ФАКТОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ____________________________29

4.1. Основные понятия и определения.______________________________________________________29

4.2. Структурированные типы данных._____________________________________________________30

4.3. Основные модели данных._____________________________________________________________32

4.4. Семантические модели данных.________________________________________________________34

4.5. Иерархическая модель данных_________________________________________________________37

4.6. Сетевая модель данных________________________________________________________________38

4.7. Реляционная модель данных___________________________________________________________39

5. ПРЕДМЕТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ИС.____________________________________________44

5.1. Информационные хранилища._________________________________________________________44

5.2. Геоинформационные системы._________________________________________________________47

5.3. Банковские информационные системы__________________________________________________49

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ____________________________________56

7. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ_____________________________________________________________________60

7.1.Общие термины_______________________________________________________________________60

7.2.Основные виды технологических процессов, составляющих информационную технологию___61

7.3.Основные средства информационной технологии.________________________________________62

7.4.Базовые и прикладные информационные технологии._____________________________________62

ЛИТЕРАТУРА______________________________________________________________________63

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственным стандартом

высшего профессионального образования РФ и ориентировано на студентов

специальностей 351400 «Прикладная информатика (по областям), 071900

«Информационные системы в экономике», и других родственных специальностей в

различных сферах.

Дисциплина «Информационные системы» (ИС) является

общепрофессиональной дисциплиной (федеральный компонент ОПД.Ф.04) и имеет

целью дать студентам знания терминологии и основных понятий, используемых в

теории и практике информационных систем; классификации информационных

систем по различным признакам; методологии и технологии разработки

информационных систем; моделях данных, их видов и основных свойствах;

методов представления предметной области; концептуальных средствах описания;

современных средствах разработки информационных систем.

На современном этапе общественного развития информация превращается из

набора сведений в основной социальный и экономический ресурс, качественно

изменяющий все стороны жизни. Дальнейшее развитие различных сфер

человеческой деятельности невозможно без широкого применения вычислительной

техники и создания информационных систем различного направления. Обработка

информации в подобных системах является самостоятельным научно-техническим

направлением.

Процесс информатизации и создание информационной среды, охватывая

материальное производство, социальную сферу, а также услуги, включают в себя:

 создание информационной техники и технологий, которые обеспечивают

производство, обработку и распространение информации;

 разработку инфраструктуры, обеспечивающей применение и развитие средств

и процессов информатизации;

 производство самой информации, информационных продуктов и услуг.

Объектами процессов информатизации являются:

 машинообрабатываемая информация, существующая в виде сообщений,

документов или массивов баз данных в устройствах памяти любой конструкции;

 информационные технологии;

 программные средства;

 информационно-вычислительные системы и сети;

 информационные услуги.

Инфраструктура информации включает в себя:

 систему коммуникаций, вычислительных средств и систем, обеспечивающих

взаимодействие между собой информационных объектов и технологий;

 программные средства, поддерживающие функционирование комплексов

аппаратуры;

 информационные средства и базы данных;

 систему подготовки кадров, способных эффективно эксплуатировать эти

технологии;

 экономические и правовые механизмы, способствующие эффективному

развитию процесса информатизации.

Создание современной инфраструктуры информатизации должно обеспечивать

пользователям широкий набор информационно-вычислительных услуг с доступом к

локальным и удаленным машинным ресурсам, технологиям и базам данных.

Настоящее учебное пособие знакомит студентов с основными понятиями и

определениями в области ИС, с функциями и классификацией информационных

систем, современным уровнем развития информационных систем, основными

принципами и возможностями CALS и CASE-технологий. В пособии

рассматриваются документальные ИС, их структура и логико-семантический

аппарат, приводятся критерии оценки документальных систем и технологии поиска.

Затем рассматриваются основные понятия фактографических ИС, методы

организации данных и управления данными, концептуальное моделирование

данных, модель «сущность-связь». В заключение рассмотрены некоторые

предметно-ориентированные информационные системы.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ

СИСТЕМ

1.1. Принципы функционирования и основные элементы ИС

В соответствии с системным подходом любая система представляет собой

совокупность взаимосвязанных объектов (элементов), функционирующих совместно для

достижения общей цели. Для системы характерно изменение состояний объектов,

которое с течением времени происходит в результате взаимодействия объектов в

различных процессах и с внешней средой. В результате такого поведения системы важно

соблюдение следующих принципов:

• эмерджентности, то есть целостности системы на основе общей структуры, когда

поведение отдельных объектов рассматривается с позиции функционирования всей

системы;

• гомеостазиса, то есть обеспечения устойчивого функционирования системы и

достижения общей цели;

• адаптивности к изменениям внешней среды и управляемости посредством

воздействия на элементы системы;

• обучаемости путем изменения структуры системы в соответствии с изменением

целей системы.

С позиций кибернетики процесс управления системой как направленное

воздействие на элементы системы для достижения цели можно представить в виде

информационного процесса, связывающего внешнюю среду, объект и систему

управления. При этом внешняя среда и объект управления информируют систему

управления о своем состоянии, система управления анализирует эту информацию,

вырабатывает управляющее воздействие на объект управления, отвечает на возмущения

внешней среды и при необходимости модифицирует цель и структуру всей системы.

В первом приближении ИС может быть представлена в виде множества

следующих взаимодействующих элементов:

 оборудование, системное и базовое программное обеспечение

(компьютеры, периферия, оборудование и каналы связи, операционные системы,

СУБД, тесты и т.п.);

 ИР (данные, информация и знания): методы, модели, алгоритмы и

прикладные программы, которые обеспечивают обработку ИР;

 услуги (сервисы), которые должна предоставлять ИС (предоставление

определенных, функционально полезных для организации услуг является смыслом

существования, назначением ИС.

С точки зрения стандартов (ГОСТы класса 34 «Информационная технология.

Комплекс стандартов на автоматизированные системы»), элементы ИС

структурированы по видам обеспечений (рис. 1.1), которые определяют следующим

образом.

Функциональные подсистемы ИС информационно обслуживают определенные виды

деятельности предприятия, характерные для структурных подразделений, и/или функций

управления. Интеграция функциональных подсистем в единую систему достигается за

счет создания и функционирования обеспечивающих подсистем.

Рис. 1.1. Компоненты информационных систем

Математическое обеспечение — совокупность примененных математических

методов, моделей и алгоритмов. Эффективность используемого математического

аппарата во многом определяет эффективность всей технологии обработки данных,

получения на их основе информации и знаний, необходимых для подготовки

принятия решений. Из современных направлений математического обеспечения

следует выделить методы, модели и алгоритмы интеллектуального анализа

информационных ресурсов, нейроинформатики, экспертных систем, принятия

решений в условиях неопределенности.

Информационное обеспечение — совокупность форм документов

классификаторов, нормативной базы и реализованных решений по объемам,

размещению и формам существования информации. Оно определяет состав,

структуру и способы организации данных и метаданных, вопросы информационной

совместимости со смежными системами, использование действующих

классификаторов и систем обозначений, документирования данных и информации,

продуцируемых техническими средствами (формы документов, УСД, шаблоны и

т.д.), придания им юридической силы.

Лингвистическое обеспечение — совокупность средств и правил для

формализации естественного языка, используемых при общении пользователей и

эксплуатирующего персонала с комплексом средств автоматизации при

функционировании ИС. Примерами могут служить классификаторы и системы

обозначений, тезаурусы (одно- и многоязычные), языки запросов типа SQL, языки

типа SGML, ЯОКС, Express, UML и т.п.

Техническое обеспечение — совокупность всех технических средств,

используемых для функционирования ИС. К нему относятся следующие классы

аппаратуры:

• ЭВМ различных классов;

• устройства ввода-вывода данных;

• устройства хранения и накопления данных;

• средства телекоммуникации;

• устройства защиты данных;

• устройства тиражирования данных;

• средства оргтехники.

Метрологическое обеспечение — совокупность средств и методик измерения

характеристик объектов информации, а также технических и программных средств.

Методики измерения базируются на соответствующих теориях измерений и

шкалах, выбор которых серьезно влияет на адекватность информационных моделей.

Правовое обеспечение — совокупность правовых норм, регламентирующих

правовые отношения при функционировании ИС и юридический статус результатов

ее функционирования. Документированная информация, обработанная ИС,

приобретает юридическую силу после ее удостоверения должностным лицом в

установленном порядке или электронной цифровой подписью. Кроме того,

правовое обеспечение включает: права, обязанности и ответственность персонала, в

том числе за своевременность и точность обработки информации, правила

пользования информацией и порядок разрешения споров по поводу ее

достоверности.

Организационное обеспечение — совокупность документов, устанавливающих

организационную структуру, права и обязанности пользователей и

эксплуатационного персонала ИС в условиях функционирования, проверки и

обеспечения работоспособности системы. Организационные компоненты отражают

значимость человеческого фактора в успешном функционировании ИС. До ее

внедрения должна быть проведена огромная работа по упорядочению и

совершенствованию организационной структуры объекта, на котором внедряется

ИС, в противном случае эффективность внедряемой ИС будет низкой. Главная

проблема заключается в выявлении степени соответствия существующих функций

управления и организационной структуры, реализующей эти функции управления и

стратегию развития организации. Средствами достижения цели —

совершенствование организационных структур — являются различные методы

моделирования организаций и коммуникаций.

Методическое обеспечение — совокупность документов системообразующего

характера, позволяющих сделать обозримыми и понятными для заказчика

проектные предложения разработчика, а также обеспечивающих взаимодействие

проектировщиков со смежниками, а эксплуатационников с взаимодействующими

системами. Методическое обеспечение разрабатывается на всех стадиях и этапах

жизненного цикла ИС.

Технологическое обеспечение — совокупность документов, описывающих

технологию функционирования ИС и технологические приемы для получения

конкретных результатов при функционировании. Основная функция — реализация

типовых технологических процессов, операций и технологических переходов при

обработке данных.

Эргономическое обеспечение — совокупность реализованных решений по

согласованию психологических, психофизиологических, антропометрических,

физиологических характеристик и возможностей пользователей ИС с техническими

характеристиками комплекса средств автоматизации и параметрами рабочей среды

на рабочих местах персонала. В настоящее время при широком распространении

мультимедийных технологий важным моментом является информационная

перегрузка лиц, принимающих решения (ЛПР). Учет эргономических факторов

(например, в международных стандартах по структуре Документов — ODA, по

эргономике офисных систем, использующих видеотерминалы, по

межгосударственным стандартам для систем «человек-машина») при

проектировании и эксплуатации ИС, использование эргономики знаковых систем

для повышения информативности отображаемой информации позволит

значительно повысить эффект использования ИС.

1.2. Классификация ИС.

Классификация информационных систем управления зависит от видов

процессов управления, уровня управления, сферы функционирования

экономического объекта и его организации, степени автоматизации управления.

Основными классификационными признаками автоматизированных

информационных систем являются:

 уровень в системе государственного управления;

 область функционирования экономического объекта;

 виды процессов управления;

 степень автоматизации информационных процессов;

 уровень структурированности решаемых задач;

 характер использования информации.

В соответствии с признаком классификации по уровню государственного

управления автоматизированные информационные системы делятся на

федеральные, территориальные (региональные) и муниципальные ИС, которые

являются информационными системами высокого уровня иерархии в управлении.

ИС федерального значения решают задачи информационного обслуживания

аппарата административного управления и функционируют во всех регионах

страны.

Территориальные (региональные) ИС предназначены для решения

информационных задач управления административно-территориальными

объектами, расположенными на конкретной территории.

Муниципальные ИС функционируют в органах местного самоуправления для

информационного обслуживания специалистов и обеспечения обработки

экономических, социальных и хозяйственных прогнозов, местных бюджетов,

контроля и регулирования деятельности всех звеньев социально-экономических

областей города, административного района и т. д.

Классификация по области функционирования экономического объекта

ориентирована на производственно-хозяйственную деятельность предприятий и

организаций различного типа. К ним относятся автоматизированные

информационные системы промышленности и сельского хозяйства, транспорта,

связи, банковские ИС и др.

По видам процессов управления ИС делятся на:

ИС управления технологическими процессами предназначены для

автоматизации различных технологических процессов (гибкие технологические

процессы, энергетика и т. д.).

ИС управления организационно-технологическими процессами представляют

собой многоуровневые, иерархические системы, которые сочетают в себе ИС

управления технологическими процессами и ИС управления предприятиями.

Наибольшее распространение получили ИС организационного управления,

которые предназначены для автоматизации функций управленческого персонала.

Учитывая наиболее широкое применение и разнообразие этого класса систем, часто

различные информационные системы понимаются именно в этом толковании. К

этому классу ИС относятся информационные системы управления как

промышленными фирмами, так и непромышленными экономическими объектами

— предприятиями сферы обслуживания. Основными функциями таких систем

являются оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ,

перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление

сбытом и снабжением и решение других экономических и организационных задач.

Интегрированные ИС предназначены для автоматизации всех функций

управления фирмой и охватывают весь цикл функционирования экономического

объекта: начиная от научно-исследовательских работ, проектирования,

изготовления, выпуска и сбыта продукции до анализа эксплуатации изделия.

ИС автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для

автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов,

архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными

функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание

графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной

документации, моделирование проектируемых объектов.

Корпоративные ИС используются для автоматизации всех функций

управления фирмой или корпорацией, имеющей территориальную разобщенность

между подразделениями, филиалами, отделениями, офисами и т. д.

ИС научных исследований обеспечивают решение научно-исследовательских

задач на базе экономико-математических методов и моделей.

Обучающие ИС используются для подготовки специалистов в системе

образования, при переподготовке и повышении квалификации работников

различных отраслей экономики.

По степени автоматизации информационных процессов ИС подразделяются на:

Ручные информационные системы, которые характеризуются отсутствием

современных технических средств обработки информации и выполнением всех

операций человеком по заранее разработанным методикам.

Автоматизированные информационные системы — человеко-машинные

системы, обеспечивающие автоматизированный сбор, обработку и передачу

информации, необходимой для принятия управленческих решений в организациях

различного типа.

Автоматические информационные системы характеризуются выполнением

всех операций по обработке информации автоматически, без участия человека, но

оставляют за человеком контрольные функции.

Классификация ИС по признаку структурированности задач.

Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности

компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в

процессе ее решения. Это и определяет степень автоматизации задачи.

Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы:

структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и

частично структурированные.

Структурированная (формализуемая) задача  задача, где известны все ее

элементы и взаимосвязи между ними.

Неструктурированная (неформализуемая) задача  задача, в которой

невозможно выделить элементы и установить между ними связи.

В структурированной задаче удается выразить ее содержание в форме

математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Подобные задачи

обычно приходится решать многократно, и они носят рутинный характер. Целью

использования информационной системы для решения структурированных задач

является полная автоматизация их решения, т. е. сведение роли человека к нулю.

Примером структурированной задачи является, например, расчет заработной платы.

Решение неструктурированных задач из-за невозможности создания

математического описания и разработки алгоритма связано с большими

трудностями. Возможности использования здесь информационной системы

невелики. Решение в таких случаях принимается человеком из эвристических

соображений на основе своего опыта и, возможно, косвенной информации из

разных источников.

По характеру использования информации различают: информационно-

поисковые и информационно-решающие системы.

Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию,

хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных

преобразований данных. Например, информационно-поисковая система в

библиотеке, в железнодорожных и авиа кассах продажи билетов.

Информационно-решающие системы осуществляют все операции переработки

информации по определенному алгоритму. Среди них можно провести

классификацию по степени воздействия выработанной результатной информации

на процесс принятия решений и выделить два класса: управляющие и советующие.

Управляющие ИС вырабатывают информацию, на основании которой человек

принимает решение. Для этих систем характерны тип задач расчетного характера и

обработка больших объемов данных. Примером могут служить система

оперативного планирования выпуска продукции, система бухгалтерского учета.

Советующие (экспертные) ИС вырабатывают информацию, которая

принимается человеком к сведению и не превращается немедленно в серию

конкретных действий. Эти системы обладают более высокой степенью интеллекта,

так как для них характерна обработка знаний, а не данных.

1.3. Технологии описания предметной области

Современные средства ИТ формируют собственные информационные модели

предметных областей и функциональные модели реализуемых ими процессов,

которые во многих случаях оказываются несовместимыми. Это происходит из-за

отсутствия согласованных подходов к их разработке. Кроме того, при усложнении

моделируемых систем требуется учет все большего количества факторов, в том

числе и из других предметных областей. Указанные проблемы могут быть решены

за счет:

• согласования информационных представлений об объектах и процессах;

• организации активного обмена согласованной информацией между деловыми

партнерами;

• исчерпывающего анализа всех факторов, влияющих на

конкурентоспособность в современном представлении.

Все эти подходы были объединены в рамках концепции CALS (Continuous

Acquisition and Life-Cycle Support — Поддержка Жизненного Цикла Изделий).

Позднее CALS стала «Бизнесом в Высоком Темпе» (Commerce At Light Speed), где

подчеркивалась переориентация этих технологий в направлении Информационных

Магистралей и Электронной Коммерции. Фундамент CALS-технологий — это

система единых международных стандартов ISO 10303 (STEP — Standard,

Exchange, Product) и ISO 13584 (P_LIB).

ISO 10303 — международный стандарт для компьютерного представления и

обмена данными о продукте. Цель стандарта — дать нейтральный механизм

описания данных о продукте на всех стадиях его жизненного цикла, не зависящий

от конкретной системы. Природа такого описания делает его подходящим не только

для нейтрального файла обмена, но и в качестве базиса для реализации и

распространения баз данных о продукте, а также для архивирования.

ISO 13584 представляет информацию о библиотеке изделий вместе с

необходимыми механизмами и определениями, обеспечивающими обмен,

использование и корректировку данных библиотеки изделий. Имеется в виду обмен

между различными компьютерными системами и средами, связанными с полным

жизненным циклом продукта, где могут использоваться изделия библиотеки,

включая проектирование, изготовление, эксплуатацию, обслуживание и

утилизацию продукта.

По существу CALS-стандарты включают в себя три группы:

функциональные стандарты, определяющие процессы и методы

формализации;

информационные стандарты по описанию данных о продуктах и процессах;

стандарты технического обмена, контролирующие носители информации и

процессы обмена данными между передающими и принимающими системами.

На сегодня в качестве функциональных стандартов в CALS рассматриваются

стандарты, определяющие функциональные требования для ввода изделий в

эксплуатацию и их поддержки в течение всего жизненного цикла. Данная группа

стандартов охватывает область разработки функциональных требований к

следующим процессам:

• управления конфигурацией;

• поставок запасных частей (начальные и дополнительные);

• технического обслуживания, ремонта и капитального ремонта;

• модификации и пересмотра (обновления информации) эксплуатационного

мониторинга и сообщения о неисправностях.

Область действия рассматриваемых стандартов включает также информацию,

необходимую для работы организаций заказчика и поставщика, а также для обмена

данными между ними. Международные стандарты создаются на основе опыта

разработки множества существующих стандартов в разных странах.

Помимо вышеуказанных стандартов, охватывающих функциональные

спецификации в области логистики, в CALS широко используется способ

функционального моделирования, разработанный ранее в проекте USAF

«Интегрированное производство» и называемый IDEF0.

ISO 10303 организован в серии томов, каждый из которых публикуется

отдельно. Тома этого международного стандарта распределены по следующим

сериям: методы описания, интегрированные ресурсы, протоколы приложений,

наборы абстрактных тестов, формы реализации и тестирование соответствия.

Утверждать, что ISO 10303 является стандартом обмена данными о продукте,

можно лишь при Расширенной трактовке STEP (ISO 10303) как стандарта,

включающего в себя стандарты P_LIB и MANDATE. С технологической точки

зрения это так и есть, поскольку P_LIB и MANDATE строятся на базе стандарта

STEP, заимствуя из него методы описания (язык EXPRESS), формы реализации

(обменный файл и интерфейс доступа к данным) и, при необходимости,

интегрированные ресурсы (информационные структуры).

Структура представления знаний моделируется при объектно-

ориентированном подходе в виде иерархии классов с механизмом наследования

общих свойств. Реализация такого подхода возможна в двух вариантах:

некоторый набор знаний сразу доводится до уровня машинной программы;

проводится раздельное моделирование иерархии понятий и функциональных

связей, из описания класса исключаются методы, описание становится

декларативным и уже не связано с использующей его программой.

Во втором варианте проектирование программного продукта включает три

вида деятельности: информационное моделирование, функциональное