Стариков В.И. Информационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

моделирование и программную реализацию. Стандарт STEP (в расширенной

трактовке) обеспечивает интеграцию понятий в предметной области

«промышленное производство продукции», представляет единую информационную

модель этих понятий в виде, формализованном на уровне спецификаций языка

Express.

Функциональное моделирование отвечает за второй элемент представления

знаний — функциональные связи между понятиями. Интеграция знаний в этой

области пока осуществляется без привлечения ЭВМ (в основном, это интеграция

логистических проработок под эгидой SOLE), хотя предпринимаются попытки как-

то регламентировать представление знаний, в частности, средствами IDEF0. В

стандарте STEP средства IDEF0 используются для иллюстративного представления

сферы использования приложения — программной реализации стандартного

протокола приложения (АР), содержащего специализированную информационную

модель.

Наконец, стандарт STEP касается и третьего компонента проектирования —

программной реализации стандартного АР. Для каждого стандартного протокола

его разработчиками составляется набор абстрактных тестов, по которому

проверяется реализация протокола на соответствие требованиям АР. Следует

отметить, что структура функциональной модели приложения (значит, и

представление в ЭВМ функциональных связей между понятиями) не определяется

стандартом STEP, а лишь ограничивается снизу требованием, чтобы ЭВМ

«владела» понятиями информационной модели по крайней мере на уровне

минимальных требований, заданных набором абстрактных тестов.

Проектирование комплексной по предметной направленности,

интегрированной и, обычно, большой по размеру БД стало сложной задачей.

Наличие целостной методологии проектирования позволило позаботиться о

системах автоматизации проектирования БД. Этому способствовало наличие

технологического опыта в организации и компьютерной поддержке систем

разработки программного обеспечения и, с другой стороны, использование

активных интегрированных словарей-справочников данных (DD/D, Data Dictionary/

Directory). Так возникли системы CASE (Computer Aided System Engineering) —

системы для структурного проектирования БД и связанных с ними ИС,

ориентированные на модели данных, реализованные в различных СУБД.

Наибольшую популярность получили CASE-системы для реляционных СУБД с

SQL-моделями данных, a DD/D переименовался в CASE-депозитарий

проектируемой ИС.

1.4. Архитектура клиент - сервер

Архитектура современных корпоративных ИС базируется на принципах клиент

- серверного взаимодействия программных компонентов информационной системы.

Под сервером обычно понимают процесс, который обслуживает

информационную потребность клиента. В различных архитектурах в качестве

процесса может быть поиск или обновление в базе данных, и тогда сервер

называется сервером базы данных, или процесс может выполнять некоторая

процедура обработки данных, и тогда сервер называется сервером приложения.

Клиентом является приложение, посылающее запрос на обслуживание

сервером. Задачей клиента являются инициирование связи с сервером, определение

вида запроса на обслуживание, получение от сервера результата обслуживания,

подтверждение окончания обслуживания.

Клиент - серверная архитектура реализует многопользовательский режим

работы и является распределенной, когда клиенты и серверы располагаются на

разных узлах локальной или глобальной вычислительной сети. В общем случае

схема клиент-серверной архитектуры включает три уровня представления: уровень

представления (презентации) данных пользователем; уровень обработки данных

приложением и уровень взаимодействия с базой данных.

По этой схеме возможны два варианта работы пользователя (клиента):

 в первом варианте клиент вводит данные, которые после контроля и

преобразования некоторым приложением попадают в базу данных;

 во втором варианте клиент запрашивает обработку данных приложением,

которое обращается за необходимыми данными к базе данных. Получив

необходимые данные, сервер их обрабатывает, а результаты или помещает в базу

данных, или выдает клиенту в удобном для него виде, например в виде текстового

документа, электронной таблицы, графика, или делает то и другое вместе.

Клиент-серверная архитектура в вычислительной сети может быть

реализована по-разному. Выбор конкретной схемы определяется различными

вариантами территориального распределении удаленных подразделений

предприятия, требованиями эксплуатационной надежности, быстродействием,

простотой обслуживания. Рассмотрим различные схемы клиент - серверной

архитектуры.

Файл - серверная архитектура представляет наиболее простой случай

распределенной обработки данных, согласно которой на сервере располагаются

только файлы данных, а на клиентской части находятся приложения пользователей

вместе с СУБД. Файл-сервер в среде сетевой операционной системы организует

доступ к файлам, полностью эквивалентным файлам операционной системы и

расположенным во внешней памяти файл - сервера.

При данном подходе программы СУБД располагаются в оперативной памяти

рабочих станций локальной сети, а файлы базы данных - на магнитных дисках

файл-сервера. Специальный интерфейсный модуль распознает, где находятся

файлы, к которым осуществляется обращение. В связи с этим данная СУБД может

работать как с локальными базами данных, так и с центральной базой данных.

Синхронизация совместного использования базы данных файл-сервера возлагается

на систему управления базами данных, которая должна обеспечивать блокирование

записей на время их корректировки, чтобы сделать их недоступными с других

рабочих станций.

Использование файл-серверов предполагает, что вся обработка данных

выполняется на рабочей станции, а файл-сервер лишь выполняет функции

накопителя данных и средств доступа.

Двухуровневая клиент-серверная архитектура основана на использовании

только сервера базы - данных (DB-сервера), когда клиентская часть содержит

уровень представления данных, а на сервере находится база данных вместе с СУБД

и прикладными программами.

DB-сервер отличается от файл-сервера тем, что в его оперативной памяти,

помимо сетевой операционной системы, функционирует централизованная СУБД,

которая обеспечивает совместное использование рабочими станциями базы данных,

размещенной во внешней памяти этого DB-сервера.

DB-сервер дает возможность отказаться от пересылки по сети файлов данных

целиком и передавать только ту выборку из базы данных, которая удовлетворяет

запросу пользователя. При этом возможно разделение пользовательского

приложения на две части: одна часть выполняется на сервере и связана с выборкой

и агрегированием данных из базы данных, а вторая часть по представлению данных

для анализа и принятия решения выполняется на клиентской машине. Таким

образом, увеличивается общая производительность информационной системы в

результате объединения вычислительных ресурсов сервера и клиентской рабочей

станции.

Обращение к базе данных осуществляется на языке SQL, который фактически

стал стандартом для реляционных баз данных. Отсюда сервер баз данных часто

называют SQL-сервером, который поддерживается всеми реляционными СУБД:

Oracle, Informix, MS SQL, ADABAS D, InterBase, SyBase и др. Клиентское

приложение может быть реализовано на языке настольных СУБД (MS Access,

FoxPro, Paradox, Clipper и др.). При этом взаимодействие клиентского приложения с

SQL-сервером осуществляется через ODBC-драйвер (Open Data Base Connectivity),

который обеспечивает возможность пересылки и преобразования данных из

глобальной базы данных в структуру базы данных клиентского приложения.

Применение этой технологии позволило разработчикам не заботиться о специфике

работы с той или иной СУБД и делать свои системы переносимыми между базами

данных. За время своего существования ODBC стал стандартом де-факто на

алгоритм доступа к разнородным базам данных, и на сегодняшний день

насчитывается более 160 прикладных систем, которые работают с источниками

информации через драйверы ODBC.

Трехуровневая клиент-серверная архитектура позволяет помещать

прикладные программы на отдельные серверы приложений, с которыми через API-

интерфейс (Application Program Interface) устанавливается связь клиентских

рабочих станций. Работа клиентской части приложения сводится к вызову

необходимых функций сервера приложения, которые называются «сервисами».

Прикладные программы в свою очередь обращаются к серверу базы данных с

помощью SQL запросов. Такая организация позволяет еще более повысить

производительность и эффективность КИС за счет:

•многократности повторного использования общих функций обработки данных

в множестве клиентских приложений при существенной экономии системных

ресурсов;

•параллельности в работе сервера приложений и сервера базы данных, причем

сервер приложений может быть менее мощным по сравнению с сервером базы

данных;

•оптимизации доступа к базе данных через сервер приложений из клиентских

мест путем диспетчеризации выполнения запросов в вычислительной сети;

•повышения скорости и надежности обработки данных в результате

дублирования программного обеспечения на нескольких серверах приложений,

которые могут заменять друг друга в сети в случае перегрузки или выхода из строя

одного из них;

•переноса функций администрирования системы по проверке полномочий

доступа пользователей с сервера базы данных на сервер приложений.

Многоуровневая архитектура «Клиент-сервер» создается для территориально-

распределенных предприятий. Для нее в общем случае характерны отношения

«многие ко многим» между клиентскими рабочими станциями и серверами

приложений, между серверами приложений и серверами баз данных. Такая

организация позволяет более рационально организовать информационные потоки

между структурными подразделениями в процессе выполнения общих деловых

процессов. Интегрированная база данных находится на отдельном сервере, на

котором обеспечиваются централизованное ведение и администрирование общих

данных для всех приложений.

Выделение нескольких серверов баз данных особенно актуально для

предприятий с филиальной структурой, когда в центральном офисе используется

общая база данных, содержащая общую нормативно - справочную, планово-

бюджетную информацию и консолидированную отчетность, а в территориально-

удаленных филиалах поддерживается оперативная информация о деловых

процессах. При обработке данных в филиалах для контроля используется плановая

и нормативно-справочная информация из центральной базы данных, а в

центральном офисе получение консолидированной отчетности сопряжено с

обработкой оперативной информации филиалов.

Для сокращения объема передачи данных по каналам связи в распределенной

информационной системе предлагается репликация данных, то есть тиражирование

данных на взаимодействующих серверах баз данных с автоматическим

поддержанием соответствия копий данных. При этом возможны следующие

режимы репликации:

• синхронный режим, когда тиражируемые данные обновляются по мере

возникновения необходимости одновременно на серверах баз данных во всех

копиях. Требуемое быстродействие каналов для синхронного режима - единицы

Мбит в секунду;

• асинхронный режим, когда тиражирование данных выполняется в строго

определенные моменты времени, например каждый час работы информационной

системы. Требуемое быстродействие каналов для асинхронного режима - единицы

Кбит в секунду. Асинхронный режим может вызывать откладывание выполнения

транзакций до момента обновления данных.

Направление тиражирования между серверами баз данных может быть:

• равноправным, т.е. в обоих направлениях;

• сверху-вниз типа «ведущий/ведомый», когда на серверах филиалов

содержатся только некоторые подмножества данных центральной базы данных;

• снизу-вверх по консолидирующей схеме, когда при обновлении данных в

филиалах в определенные моменты времени обновляется центральная база данных.

Контрольные вопросы:

1. Каковы основные принципы функционирования систем?

2. Как происходит процесс управления системой?

3. Перечислите основные элементы ИС и их назначение.

4. Перечислите виды обеспечивающих подсистем.

5. Назовите признаки классификации ИС.

6. Приведите примеры технологий описания предметной области.

7. Дайте понятие CALS- технологии.

8. Охарактеризуйте стандарт STEP.

9. Что понимается под клиент-серверной архитектурой?

10. Охарактеризуйте уровни представления клиент-серверной архитектуры?

11. Каковы варианты клиент-серверной архитектуры?

12. Назовите преимущества клиент-серверной архитектуры

13. Что такое репликация данных и каковы режимы ее осуществления?

2. ДОКУМЕНТАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

2.1. Основные понятия и классификация документальных ИС.

В развитии программного обеспечения СУБД в 70-е – 80-е годы превалировало

направление, связанное с фактографическими информационными системами, т.е. с

системами, ориентированными на работу со структурированными данными. Были

разработаны основы и модели организации фактографических данных, отработаны

программно-технические решения по накоплению и физическому хранению таких

данных, реализованы специальные языки запросов к базам данных и решен целый

ряд других задач по эффективному управлению большими объемами

структурированной информации. В результате основу информационного

обеспечения деятельности предприятий и организаций к началу 90-х годов

составили фактографические информационные системы, вобравшие в себя в

совокупности колоссальный объем структурированных данных.

Потребности в системах, ориентированных на накопление и эффективную

обработку неструктурированной или слабоструктурированной информации привели

к возникновению еще в 70-х годах отдельной ветви программного обеспечения

систем управления базами данных, на основе которых создаются документальные

информационно-поисковые системы.

Основной задачей документальных информационных систем является

накопление и предоставление пользователю документов, содержание, тематика,

реквизиты и т.п. которых адекватны его информационным потребностям. Поэтому

можно дать следующее определение документальной ИС - единое хранилище

документов с инструментарием поиска и отбора необходимых документов.

Поисковый характер документальных информационных систем исторически

определил еще одно их название — информационно-поисковые системы (ИПС),

хотя этот термин не совсем полно отражает специфику документальных ИС.

Соответствие найденных документов информационным потребностям

пользователя называется пертинентностъю.

В силу теоретических и практических сложностей с формализацией

смыслового содержания документов пертинентность относится скорее к

качественным понятиям, хотя, как будет рассмотрено ниже, может выражаться

определенными количественными показателями.

В зависимости от особенностей реализации хранилища документов и

механизмов поиска документальные ИПС можно разделить на две группы:

 системы на основе индексирования;

 семантически-навигационные системы.

Семантика (от греч. «semantikos» - обозначающий) — смысловая сторона

языка, отдельных слов и частей слова, а также раздел языкознания, изучающий

значения слов.

В семантически-навигационных системах документы, помещаемые в

хранилище (в базу) документов, оснащаются специальными навигационными

конструкциями, соответствующими смысловым связям между различными

документами или отдельными фрагментами одного документа. Способ и механизм

выражения информационных потребностей в подобных системах заключаются в

явной навигации пользователя по смысловым отсылкам между документами. В

настоящее время такой подход реализуется в гипертекстовых ИПС.

В системах на основе индексирования исходные документы помещаются в базу

без какого-либо дополнительного преобразования, но при этом смысловое

содержание каждого документа отображается в некоторое поисковое

пространство. Процесс отображения документа в поисковое пространство

называется индексированием и заключается в присвоении каждому документу

некоторого индекса-координаты в поисковом пространстве. Формализованное

представление индекса документа называется поисковым образом документа

(ПОД). Пользователь выражает свои информационные потребности средствами и

языком поискового пространства, формируя поисковый образ запроса (ПОЗ) к базе

документов.

Система на основе определенных критериев и способов ищет документы,

поисковые образы которых соответствуют или близки поисковым образам запроса

пользователя, и выдает соответствующие документы. Соответствие найденных

документов запросу пользователя называется релевантностью. Схематично общий

принцип устройства и функционирования документальных ИПС на основе

индексирования иллюстрируется на Рис.2.1.

Рис.2.2. Общий принцип функционирования документальных ИПС на основе

индексирования

2.2. Информационно-поисковый язык

Поиск информации предполагает сравнение смыслового содержания запроса

со смысловым содержанием документов. Такая операция возможна только в том

случае, когда существует некоторый язык представления информации,

позволяющий однозначно описывать смысловое содержание документов и

запросов.

Естественный язык для этой цели не подходит в силу своей многозначности и

высокой сложности. Таким образом, поисковое пространство, отображающее

поисковые образы документов и реализующее механизмы информационного поиска

документов так же, как и в СУБД фактографических систем, строится на основе

языков документальных баз данных, называемых информационно-поисковыми

языками (ИПЯ).

Информационно-поисковый язык представляет собой некоторую

формализованную семантическую систему, предназначенную для выражения

содержания документа и запросов по поиску необходимых документов. По

аналогии с языками баз данных фактографических систем ИПЯ можно разделить на

структурную и манипуляционную составляющие.

Основными элементами ИПЯ являются: алфавит, лексика и грамматика.

Алфавит ИПЯ - система знаков, используемых для записи слов и выражений

ИПЯ.

Лексика, или словарный состав ИПЯ, - совокупность слов, словосочетаний и

выражений, используемых для построения текстов ИПЯ.

Грамматика ИПЯ - совокупность средств и способов построения, изменения и

сочетания лексических единиц. Грамматика включает морфологию и синтаксис.

Морфология - совокупность средств и способов построения и изменения слов.

Синтаксис - совокупность средств и способов соединения слов в выражения и

фразы.

Можно указать следующие требования, которым должен удовлетворять ИПЯ:

 располагать лексико-грамматическими средствами для точного отображения

центральной темы документа и запроса;

 не содержать полисемии, синонимии и омонимии, т.е. каждая запись на ИПЯ

должна допускать только одно толкование;

 отображать только объективные характеристики предметов и отношений

между ними;

 быть удобным для алгоритмического сопоставления (отождествления)

поискового образа документа (ПОД) и поискового предписания (ПП).

Парадигматические отношения - это отношения, обусловленные наличием не

языковых, а логических связей между предметами и явлениями, обозначенными

данными словами. Наиболее важны следующие парадигматические отношения:

 "вид-род", например, "шкаф-мебель". В данном случае понятие "шкаф"

является видовым по отношению к понятию " мебель" - понятие "мебель" является

родовым по отношению к понятию "шкаф". Родовое понятие всегда включает в себя

видовое;

 "часть-целое", например "лезвие-нож". Лезвие является частью ножа;

 "причина-следствие", например "лампа-свет";

 "функциональное сходство", например "лопата-экскаватор".

Естественный язык (ЕЯ) обладает высокой многозначностью. Это создает

богатство его форм и содержания. В ИПЯ недопустима многозначность. Поэтому

здесь необходимо учитывать отношения синонимии и омонимии слов ЕЯ,

используемых в ИПЯ.

Омонимия — это совпадение слов по написанию или звучанию, и несовпадение

по смыслу.

Полисемия слова состоит в том, что одно и тот же слово выражает пучок

родственных понятий. Например, знак "соль" обозначает вещество, а также понятие

смысла. Оба значения близки по смыслу.

Синонимия — это совпадение слов по значению, и несовпадение по написанию.

Вторая проблема построения фраз ИПЯ связана с определением

последовательности выбранных слов.

Синтагматические отношения - отношения слов при соединении их в

словосочетания и фразы. Линейные логические отношения, которые

устанавливаются между словами непосредственно при их использовании в тексте,

объединяют эти слова в сочетания и предложения. Для уточнения смысла

документа или запроса, помимо ключевых слов, часто необходимо указывать в

каких синтагматических отношениях эти слова находятся. Так, фраза «защита

окружающей среды от человека» и фраза «защита человека от окружающей среды»

имеют совершенно разный смысл, хотя и состоят из одних и тех же ключевых слов.

Многообразие используемых в ИПЯ парадигматических и синтагматических

отношений определяет семантическую силу ИПЯ.

Наиболее часто в качестве основания деления при классификации ИПЯ

используют способ организации понятий.

По способу организации понятий различают предкоординируемые

(классификационные) ИПЯ и посткоординируемые (дескрипторные) ИПЯ.

Предкоординация - предварительное (до использования при индексировании)

построение сложных классов путем логического умножения (координации) простых

классов. Словарный состав задается в виде фиксированного списка слов,

словосочетаний и фраз. При индексировании документов или запросов можно

пользоваться только словами, словосочетаниями и фразами, содержащимися в

фиксированном списке. Введение в язык новых лексических единиц строго

ограничено и возможно лишь до индексирования документов, т. е. при создании

языка.

Словарный состав предкоординируемых языков напоминает двуязычный

разговорник, в котором заранее зафиксированы наиболее употребительные фразы.

При помощи предкоординируемого языка происходит отнесение документа к

классу, обозначенному лексическими единицами этого языка, т. е. классификация

документа.

Посткоординируемые (дескрипторные языки) основаны на методе

координатного индексирования. В посткоординируемых ИПЯ лексические единицы

объединяются в поисковом образе лишь во время индексирования документа.

Словарь дескрипторного ИПЯ состоит из специальным образом выбранных

отдельных слов или словосочетаний ЕЯ - ключевых слов и дескрипторов.

Координатное индексирование - индексирование, при котором основное

смысловое содержание текста (документа) или информационного запроса

представляется в виде сочетания ключевых слов или дескрипторов. Ключевые слова

- это наиболее существенные для отображения содержания документа слова и

словосочетания, обладающие назывной функцией. Назывные слова - слова,

обозначающие вещи, явления, процессы, имена собственные (т. е. в качестве

ключевого слова не может выступать предлог, союз и др.).

К классификационным языкам относят:

 информационно-поисковый язык иерархического типа;

 информационно-поисковый язык фасетного типа;

 алфавитно-предметную классификацию.

2.3. Эффективность функционирования документальных ИПС.

Рассмотрим основные показатели эффективности функционирования

документальных ИПС. Такими показателями являются полнота и точность

информационного поиска.

Полнота информационного поиска R определяется отношением числа

найденных пертинентных документов А к общему числу пертинентных документов

С, имеющихся в системе или в исследуемой совокупности документов:

R 

Точность информационного поиска Р определяется отношением числа

найденных пертинентных документов А к общему числу документов L, выданных

на запрос пользователя:

P 

Наличие среди отобранных на запрос пользователя нерелевантных документов

называется информационным шумом системы. Коэффициент информационного

шума К, соответственно, определяется отношением числа нерелевантных

документов (L-A), выданных в ответе пользователю к общему числу документов L,

выданных на запрос пользователя:

)( 



В идеале полнота информационного поиска и точность информационного

поиска должны приближаться к единице, хотя на практике их значения колеблются

в пределах от 60 до 90%.

Контрольные вопросы:

1. Приведите основные понятия документальных ИС.

2. Назовите признаки классификации ИС.

3. Поясните принцип функционирования документальных ИПС на основе

индексирования.

4. Дайте понятие ИПЯ и перечислите его элементы.

5. Перечислите принцы классификации ИПЯ.

6. Назовите основные показатели эффективности функционирования

документальных ИПС.

3. ГИПЕРТЕКСТ.

3.1. Основные понятия и определения.

Рост количества полнотекстовых документов, представленных в электронном

виде, требует развития соответствующих методов навигации в информационных

фондах. На сегодняшний день традиционной формой представления электронной

формы текстовой информации следует считать гипертекст, основные достоинства

которого — интерактивность работы с материалом и многомерность представления.

В 1945 г. Ваневар Буш - научный советник президента США Г. Трумэна,

проанализировал способы представления информации в виде отчетов, докладов,

проектов, графиков, планов и, поняв неэффективность такого представления,

предложил способ размещения информации по принципу ассоциативного

мышления. На основе этого принципа была разработана модель гипотетической

машины "МЕМЕКС". Через 20 лет Теодор Нельсон реализовал этот принцип на

ЭВМ и назвал его гипертекстом.

Гипертекст обладает нелинейной сетевой формой организации материала,

разделенного на фрагменты, для каждого из которых указан переход к другим

фрагментам по определенным типам связей. При установлении связей можно

опираться на разные основания (ключи), но в любом случае речь идет о смысловой,

семантической близости связываемых фрагментов. Следуя указанным связям,

можно читать или осваивать материал в любом порядке. Текст теряет свою

замкнутость, становится принципиально открытым, в него можно вставлять новые

фрагменты, указывая для них связи с имеющимися фрагментами. Структура текста

не нарушается, и вообще у гипертекста нет априорно заданной структуры. Таким

образом, гипертекст - это технология представления неструктурного свободно

наращиваемого знания.

Под гипертекстом понимают систему информационных объектов,

объединенных между собой направленными семантическими связями,

образующими сеть. Каждый объект связывается с информационной панелью

экрана, на которой пользователь может ассоциативно выбирать одну из связей.

Гипертекстовая технология предполагает перемещение от одних объектов к

другим с учетом их смысловой, семантической связанности. Обработке

информации по правилам формального вывода в гипертекстовой технологии

соответствует запоминание пути перемещения по гипертекстовой сети.

Пользователь сам определяет подход к изучению материала, учитывая свои

индивидуальные способности, знания, уровень квалификации и подготовки.

Гипертекст содержит не только информацию, но и аппарат ее эффективного

поиска. Структурно гипертекст состоит из информационного материала, тезауруса

гипертекста, списка главных тем и алфавитного словаря.

Информационный материал подразделяется на информационные статьи,

состоящие из заголовка статьи и текста. Заголовок содержит тему или

наименование описываемого объекта. Информационная статья содержит

традиционные определения и понятия, должна занимать одну панель и быть легко

обозримой, чтобы пользователь мог понять, стоит ли ее внимательно читать или

перейти к другим, близким по смыслу статьям. Текст, включаемый в