Стариков В.И. Информационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

манипулирования данными, которые могут использоваться конечными

пользователями в диалоговом режиме (т.е. не являются вложенными в язык

программирования главной системы), часто называют языками запросов.

В целостной части реляционной модели данных фиксируются два базовых

требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной

СУБД.

Первое требование называется требованием целостности сущностей. Объекту

или сущности реального мира в реляционных БД соответствуют кортежи

отношений. Для соблюдения целостности сущности достаточно гарантировать

отсутствие в любом отношении кортежей с одним и тем же значением первичного

ключа.

Второе требование называется требованием целостности по ссылкам и

заключается в следующем. Атрибут, значения которого однозначно характеризуют

сущности, представленные кортежами некоторого другого отношения называется

внешним ключом. Таким образом отношение, в котором определен внешний ключ,

ссылается на соответствующее отношение, в котором такой же атрибут является

первичным ключом. Требование целостности по ссылкам, или требование внешнего

ключа, состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа должен найтись

кортеж с таким же значением первичного ключа в отношении, на которое ведется

ссылка, либо значение внешнего ключа должно быть полностью неопределенным

(т.е. ни на что не указывать). Для нашего примера это означает, что если для товара

указан код поставщика, то этот поставщик должен существовать. При обновлении

ссылающегося отношения (вставке новых кортежей или модификации значения

внешнего ключа в существующих кортежах) достаточно следить за тем, чтобы не

появлялись некорректные значения внешнего ключа.

При удалении кортежа из отношения, на которое ведет ссылка, существуют три

подхода, поддерживающих целостность по ссылкам. Первый подход заключается в

том, что запрещается производить удаление кортежа, на который существуют

ссылки (т.е. сначала нужно либо удалить ссылающиеся кортежи, либо

соответствующим образом изменить значения их внешнего ключа). При втором

подходе при удалении кортежа, на который имеются ссылки, во всех ссылающихся

кортежах значение внешнего ключа автоматически становится неопределенным.

Третий подход (каскадное удаление) состоит в том, что при удалении кортежа из

отношения, на которое ведет ссылка, из ссылающегося отношения автоматически

удаляются все ссылающиеся кортежи. В развитых реляционных СУБД обычно

можно выбрать способ поддержания целостности по ссылкам для каждой отдельной

ситуации определения внешнего ключа. Конечно, для принятия такого решения

необходимо анализировать требования конкретной прикладной области.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение фактографической ИС.

2. Что такое база и банк данных?

3. Назовите признаки классификации структурированных типов данных.

4. Перечислите и охарактеризуйте структурированные типы данных.

5. Приведите основные функции СУБД.

6. Назовите основные уровни моделирования данных.

7. Перечислите основные виды моделей данных.

8. Приведите основные требования к семантическим моделям и их элементы.

9. Назовите типы моделей предметной области.

10. Перечислите основные элементы модели «сущность связь».

11. Назовите основные виды связей и приведите примеры этих видов.

12. Приведите основные понятия и определения иерархической модели данных.

13. Приведите основные понятия и определения сетевой модели данных.

14. Приведите основные понятия и определения реляционной модели данных.

15. Перечислите свойства отношений.

16. Приведите аспекты реляционной модели данных.

17. Дайте понятие нормализации и приведите совокупность нормальных форм.

18. Перечислите операции на манипуляционном уровне реляционной модели.

19. Дайте определение целостности данных.

5. ПРЕДМЕТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ИС.

5.1. Информационные хранилища.

Системы интеграции данных должны обрабатывать запросы, для ответа на

которые может потребоваться извлечение и обобщение данных из различных

источников. При этом трудности интеграции обусловлены следующим.

Источники могут использовать различные модели данных и предоставлять

различные интерфейсы для доступа к своим данным (реляционные, объектные или

унаследованные СУБД) или данные источника могут быть не структурированными

(HTML файлы, текстовые файлы и т.д.). Источники атомарные —

взаимодействовать с источником можно только через предоставляемый им

интерфейс и нет никакой возможности повлиять на его внутренние процессы.

Наибольшую популярность приобрели два подхода к решению задачи

интеграции данных — хранилища данных (Data Warehouse, DW) и виртуальные

хранилища. При использовании первого подхода хранилище заполняется данными

из различных источников и затем все запросы обрабатываются с использованием

этих данных. Таким образом, актуальность данных не гарантируется, поскольку

никакой синхронизации с источником не происходит, но преимущество

заключается в том, что время выполнения запроса невелико. DW является ядром

технологии комплексного использования сведений, находящихся в различных БД.

Здесь процесс обработки данных физически разделяется на два этапа:

первый из них связан с обработкой транзакций в реальном времени (OLTP), в

результате Чего в базах данных накапливается первичная информация о

функционировании предприятия, например финансового банка;

на втором этапе осуществляется аналитическая обработка в реальном

времени (OLAP), например анализ снятия наличности со счетов, объема

оказываемых услуг, показатели эффективности работы служащих.

При создании хранилища выполняются преобразования, обеспечивающие

работу баз данных различных типов и имеющих разные форматы документов. В

свою очередь, информационное хранилище используется для составления нужных

отчетов и выполнения прикладных процессов. Информационное хранилище

обслуживает запросы, анализирует результаты их выполнения и формирует отчеты

Хранилище также обеспечивает загрузку данных и периодическое удаление

информации, утратившей актуальность (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Структура хранилища данных

Хранилище характеризуется четырьмя важными особенностями:

 объектно-ориентированной архитектурой, в которой данные организованы

в соответствии с их содержанием, а не прикладными программами;

 цельностью, связанной с преобразованием кодов блоков данных,

полученных из различных баз данных;

 этапностью, определяющей, что информация собрана за определенный

интервал времени;

 защищенностью, запрещающей изменять либо обновлять данные,

помещенные в хранилище.

При использовании виртуальных хранилищ, данные хранятся в источниках, а

запросы к системе интеграции транслируются в запросы или операции, понятные

источнику. Данные, полученные в ответ на эти запросы к источникам,

объединяются и предоставляются пользователю. Преимущество виртуальных

хранилищ заключается в гарантии того, что пользователь получает только «свежие»

данные. Но поскольку источники могут значительно отличаться, возникают

трудности, связанные с оптимизацией запросов, и дополнительные расходы на

конвертацию данных во время выполнения запроса, что существенно снижает

производительность систем, использующих данный подход. Для построения

систем, объединяющих большое количество источников, содержание которых часто

изменяется (например, Web-серверы), наиболее предпочтительным является

виртуальный подход, поэтому в последнее время активно ведутся исследования

именно в этом направлении. Переходя к подробному рассмотрению виртуального

подхода, отметим, что многие методы, используемые при решении проблем в

контексте этого подхода, часто при небольшой модификации применимы и при

реализации хранилищ данных.

Рассматривая типичную организацию виртуального хранилища, выделим два

уровня — логический и физический.

Логический уровень определяется выбором модели данных и языка запросов

для этой модели. Выбранная модель используется для представления данных,

извлекаемых из всех источников. Таким образом, пользователь системы интеграции

получает возможность унифицированного доступа ко всем интегрируемым данным.

Важное требование к модели данных — это обеспечение прозрачности доступа к

внешним источникам, т.е. пользователь видит внешние данные как локальные в

выбранной модели и не заботится об управлении доступом к источнику.

Данная архитектура основана на распространенной концепции посредников

(mediators). Рассмотрим два типа компонентов этой архитектуры:

1) обертка (wrapper) используется для хранения информации о внешнем

источнике и организации к нему доступа. Происходит это следующим образом: при

получении запроса обертка обращается к источнику через предоставляемый им

интерфейс. Полученные от источника данные конвертируются во внутренний

формат данных хранилища (т.е. в модель данных хранилища). Понятно, что для

каждого источника необходима своя обертка.

2) посредник осуществляет интеграцию данных из различных источников

(из различных оберток). Посредник может взаимодействовать как с обертками, так

и с другими посредниками. Таким образом, предоставляется возможность

построения сложной сети взаимодействующих между собой посредников, что

позволит обобщать данные различными способами для удовлетворения нужд

различных приложений взаимодействующих с виртуальным хранилищем. Важно

отметить, что посредник не содержит данных, а интеграция происходит, как

правило, за счет использования техники представлений.

Поскольку при использовании предложенной архитектуры задача построения

виртуального хранилища сводится к созданию оберток и посредников, необходимо

иметь утилиты, позволяющие легко их генерировать. С этой целью разработаны

специальные декларативные языки, на которых описываются обертки и

посредники, затем по этим описаниям и происходит их генерация.

Для хранилищ данных характерны следующие особенности:

1) неизменчивость данных (в хранилищах данных не поддерживаются

операции обновления данных);

2) постоянный мониторинг и отбор (по критериям достоверности,

оперативности и др.) источников данных;

3) реструктурированность получаемых и накапливаемых документированных

данных;

4) формирование полного наименования и описания каждого элементарного

сообщения при реструктуризации;

5) приведение к сопоставимому виду однородных данных, накапливаемых в

информационном хранилище;

6) формирование полных наименований и описаний элементарных

сообщений на основе согласованных информационной модели и модели данных

среды хранения;

7) каталогизация всех поступивших данных в виде словаря-справочника

данных (репозитория, базы метаданных);

8) возможность восстановления получаемых документов по метаданным;

9) использование эффективного аппарат формирования запросов.

5.2. Геоинформационные системы.

Геоданные, т.е. информация, имеющая свое определенное место на карте,

схеме, плане, составляют порядка 80—90% всех данных. В государственном

управлении ГИС-технологии используются в при анализе критических и

чрезвычайных ситуаций, при пространственном анализе данных для подготовки

управленческих решений, при подготовке статистической информации

(статистический анализ, подготовка отчетов, обработка результатов переписи

населения), в государственных кадастрах (градостроительном, земельном, лесном,

природных ресурсов и др.) и регистрах, при организации торговли, обслуживания

населения, почтовой связи и телекоммуникаций, при регулировании транспортной

и инженерной инфраструктур, для проведения выборов и в других сферах.

В муниципальном управлении эти технологии предоставляют ИР для

эффективного территориального планирования и градорегулирования, правового

зонирования и ведения генеральных планов городов, управления

административными единицами.

Рис. 5.2. ГИС-данные

Географическая информационная система (ГИС) — это возможность нового

взгляда на окружающую нас действительность, современная ИТ для картирования и

анализа объектов и событий реального мира. Эта технология объединяет

традиционные операции работы с базами данных, такими, как запрос и

статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и

географического (пространственного) анализа, которые предоставляют карты и

планы. Эти возможности отличают ГИС от других ИТ и обеспечивают уникальный

потенциал для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и

прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением

главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием

стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев,

объединенных на основе географического положения. Этот простой, но очень

гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач:

• для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов;

• детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий;

• моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

ГИС работают с двумя существенно отличающимися типами данных —

векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и

полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X, Y. Местоположение

точки (точечного объекта), описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты,

такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X, Y.

Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или

областей обслуживания хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная

модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для

описания непрерывно меняющихся свойств, таких, как типы почв или доступность

объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами.

Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных

элементарных составляющих (точек, ячеек, пикселов), оно подобно

отсканированной карте или фотографии.

ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур

(задач) с ИР: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в

подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт и

планов в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот

процесс автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно

важно при выполнении крупных проектов, либо, при небольшом объеме работ,

данные можно вводить с помощью специальных устройств — дигитайзеров.

Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-

пакетами.

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся

данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей

системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах,

а для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в

едином масштабе. ГИС-технология предоставляет разные способы

манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для

конфетной задачи.

Управление. В небольших проектах географическая информация может

храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте

числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными

эффективнее применять БД (картографические и атрибутивные) и системы

управления базами данных (СУБД).

Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации вы сможете

получать ответы на простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка?

На каком расстоянии друг от друга

расположены эти объекты? Где расположена

данная промышленная зона?) и более сложные, требующие дополнительного

анализа запросы (Где есть подходящие участки для строительства жилого дома?

Каков основной тип почв? Как повлияет на пассажиропотоки строительство новой

дороги? Какова будет зона затопления, сколько человек и какими маршрутами

придется эвакуировать при подъеме уровня воды на 7 метров?). Запросы можно

задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и

посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и

задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если ...».

Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа,

среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для

проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС

применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы

типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько

покупателей живет в радиусе 500 м от данного магазина? Процесс наложения

включает возможность интеграции данных, расположенных в разных тематических

слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических

операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или

пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о

почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным

результатом является представление данных в виде тематических карт и планов,

дополненных, при необходимости, другой графикой отчетными документами,

трехмерными изображениями, графиками, диаграммами и таблицами,

фотографиями и другими средствами, например видео и мультимедийными.

ГИС предлагает совершенно новый путь развития картографии.

Преодолеваются основные недостатки обычных карт — их статичность и

ограниченная емкость как носителя информации. В последние десятилетия

бумажные карты из-за перегруженности информацией становятся нечитабельными.

ГИС же обеспечивает управление визуализацией информации. Появляется

возможность выводить (на экран, на твердую копию) только те объекты или их

множества, которые интересуют нас в данный момент. Фактически осуществляется

переход от сложных комплексных карт к серии

взаимоувязанных частных карт. При

этом улучшается структурированность информации, повышается эффективность её

обработки и анализа.

В ГИС карта оживает и становится действительно динамическим объектом в

смысле:

динамичного выбора масштаба;

преобразования картографических проекций;

варьирования объектным составом карты (что выводится);

возможности «опроса» через карту в режиме реального времени

многочисленных баз данных;

изменения способа отображения объектов (цвет, тип линии символ и т.п.) в

зависимости от содержимого баз данных;

легкости внесения любых изменений.

Наряду с традиционной картографической информацией, данные

дистанционного зондирования (ДЗ) составляют информационную основу ГИС-

технологий, и чем дальше, тем больше этот источник информации доминирует над

традиционными картами. Под ДЗ понимаются исследования неконтактным

способом, различного рода съемки с летательных аппаратов — атмосферных и

космических, в результате которых получается изображение земной поверхности в

каком-либо диапазоне (диапазонах) электромагнитного спектра.

5.3. Банковские информационные системы

Рассмотрим подход к созданию банковской информационной системы на

примере ИБС БИСквит. Интегрированная банковская система ИБС БИСквит

обеспечивает высокий уровень информационной поддержки банковских операций в

условиях динамичного развития рынка финансовых услуг.

Основными преимуществами данного решения являются:

 поддержка сложных, нестандартных технологий и индивидуальных

требований банка;

 ведение операций в реальном масштабе времени;

 организация работы удалённых отделений в режиме on-line;

 оперативное обеспечение интенсивного развития бизнеса при введении

новых банковских продуктов;

 устойчивая работа при резком увеличении количества клиентов и операций;

 надёжная и эффективная обработка большого объёма документооборота;

 оперативность и качество отчётной и аналитической информации;

 своевременная адаптация при изменении требований законодательства,

инструкций банка России, других государственных органов, внешнего и

внутреннего аудита;

 организация эффективного и надёжного контроля доступа к финансовой и

нефинансовой информации;

 оптимизация управления деятельностью подразделений за счёт

интегрированности, оперативности и информативности используемых систем;

 максимально полная реализация принципа защиты инвестиций в аппаратные

средства;

 успешный опыт эксплуатации в кредитных организациях любой

организационной структуры.

Принципы построения ИБС:

Интегрированность – наличие общего программного ядра, единой модели

данных и единой технологии обработки данных. Единая технология позволяет

автоматически отражать операцию, выполняемую в любом модуле, в единой БД и

использовать ее результаты во всех остальных модулях.

Функциональная полнота позволяет автоматизировать множество операций

коммерческого банка.

Модульная структура дает возможность банку нести только обоснованные в

данный момент сферой его деятельности и объемом документооборота затраты на

программное обеспечение, легко наращивая функциональные возможности системы

по мере расширения круга выполняемых операций.

Гибкие средства настройки позволяют создать автоматизированное рабочее

место сотрудника банка необходимой функциональной структуры, описать

маршруты прохождения документов между исполнителями и технологические

процессы их обработки с учетом особенностей бизнес-процессов банка.

Масштабируемость позволяет переносить систему без существенных

доработок на различные программно-аппаратные платформы, что обеспечивает

возможность наращивания количества ежедневно обрабатываемых банковских

транзакций или подключения дополнительных пользователей за счет увеличения

производительности.

Открытость системы позволяет взаимодействовать с внешними прикладными

программными системами, в качестве которых могут быть использованы системы

других производителей, системы, разработанные силами банка, другие экземпляры

ИБС БИСквит.

Адаптивность обеспечивает адекватную поддержку со стороны ИБС БИСквит

бизнес-процессов кредитной организации и своевременную, экономически

обоснованную реконструкцию информационной системы при необходимости их

реорганизации.

Высокая производительность обеспечивает обработку заданных объемов

информации в течение требуемого временного интервала.

Надежность системы позволяет обеспечить сохранность информации, ее

целостность и взаимосогласованность в любой момент времени. Для этого в полной

мере используются возможности СУБД Progress, имеющей надежные встроенные

механизмы обеспечения целостности транзакций и автоматического

восстановления данных, в том числе при сбое или выходе из строя сервера БД.

Архитектура системы ИБС БИСквит представляет собой набор

функциональных модулей, работающих с единой логической базой данных и

объединенных вокруг единого ядра. При ее разработке используются объектно-

ориентированные возможности расширения реляционной модели данных.

Рис. 5.3. Общая структура ИБС БИСквит

Ядро системы включает:

 определение базовых информационных объектов, реализующих

представление предметной области, и стандартных методов манипулирования

объектами;

 реализацию множества системных служб, позволяющих осуществлять

поддержку банковских продуктов.

К основным информационным объектам, реализованным в системе, относятся

такие понятия предметной области, как сделка (договор), документ, проводка, счет,

финансовый инструмент, клиент, пользователь.

Хранение и обработку информации об основных бизнес-процессах, а также

своевременную настройку и перенастройку процессов их автоматизированной

обработки в ИБС БИСквит обеспечивает совокупность следующих системных

служб: финансовых инструментов, метасхемы, клиентов, договоров, документов,

учетной информации, стандартных транзакций, начислений, сообщений,

расписаний, справочников, классификаторов, пользователей, OLAP.

Служба метасхемы дает возможность определять иерархически устроенные

классы объектов и стандартные методы их обработки в терминах бизнес-объектов.

Расширяемая метасхема содержит метаданные - информацию, описывающую

логическую структуру базы данных в универсальных реляционных таблицах.

Служба клиентов позволяет хранить информацию о субъектах трех основных

типов (юридическое лицо, физическое лицо, банк) и, помимо уникального

внутреннего кода клиента в системе, иметь произвольное число типов

идентификатора субъекта, например, индивидуальный номер налогоплательщика,

различные виды удостоверений личности (для физических лиц), различные виды

идентификаторов для банков (БИК – банковский индивидуальный код, код в

системе SWIFT и т.д.).

Служба договоров обеспечивает хранение информации о совокупности

распределенных во времени операций, обеспечивающих привлечение и размещение

денежных средств, их трансформацию (например, операции покупки или продажи

валюты), расчетно-кассовое обслуживание, услуги по хранению материальных

ценностей и их инкассации, услуги обеспечивающего и нефинансового характера.

Служба позволяет вести перечень субъектов и счетов, связанных с выполнением

операций по договору, отслеживать состояние ресурсов по договору и их изменение

в течение периода его действия, определять условия реализации договора и хранить

историю их изменения.

Служба документов позволяет реализовать технологический процесс

обработки документов в системе и задать маршруты обработки документов (work

flow). При настройке документооборота определяются типы обрабатываемых

документов, множества допустимых состояний и маршруты допустимых переходов

для каждого их типа, связи между документами, правила обработки групп

связанных документов. Документы могут быть как финансовыми (расчетно-

кассовые: платежное поручение, мемориальный ордер и т.д.), так и нефинансовыми

(запросы, заявки, распоряжения и т.п.).

Служба классификаторов решает задачи группировки и классификации

информации. Основным назначением классификаторов является хранение

признаков, позволяющих группировать, объекты БД и определять логику их

обработки. Объектами могут быть лицевые счета, клиенты, элементы различных

справочников, таблицы БД, сами классификаторы и т. д. Каждый такой объект

может быть включен в любое количество групп.

Служба учетной информации отвечает за автоматизацию информационной

системы бухгалтерского учета. Служба ведет аналитические и синтетические

регистры учета, обеспечивает классификацию счетов и ведение плана счетов,

горизонтальные информационные связи между счетами, осуществляемые с

помощью проводок, ведение множества областей учета, открытие, ведение и