 |
Классификация информационных систем
|
|
|
|
По режиму работы ИС делятся на пакетные, диалоговые и смешанные [3]. Пакетные ИС работают в пакетном режиме: вначале данные накапливаются, и формируется пакет данных, а затем пакет последовательно обрабатывается рядом программ. Недостаток этого режима - низкая оперативность принятия решений и обособленность пользователя от системы. Диалоговые ИС работают в режиме обмена сообщениями между пользователями и системой (например, система продажи авиабилетов). Этот режим особенно удобен, когда пользователь может выбирать перспективные варианты из числа предлагаемых системой. Смешанные ИС сочетают оба типа режима работы.
По способу распределения вычислительных ресурсов ИС делятся на локальные и распределенные.Локальные ИС используют одну ЭВМ, а в распределенных ИС взаимодействуют несколько ЭВМ, связанных сетью. Отдельные узлы сети обычно территориально удалены друг от друга, решают разные задачи, но используют общую информационную базу.
По функциям различают три вида ИС: системы обработки данных, автоматизированные системы управления и информационно-поисковые системы [3].
Системы обработки данных (СОД) предназначены, например, для решения задач расчета заработной платы, статистической отчетности, то есть таких, которые наряду с функциями ввода, выборки, коррекции информации выполняют математические расчеты без применения методов оптимизации.
Автоматизированные системы управления (АСУ) отличаются от СОД тем, что сами выполняют управленческие функции по отношению к объекту. В АСУ включаются прикладные программы для принятия и оптимизации управленческих решений. Примером АСУ является система для оптимального управления запасами материалов на складе.
|
|
|
Информационно-поисковые системы (ИПС) предназначены для поиска требуемого документа или факта во множестве документов (рис. 1.1).
Поисковый образ документа (ПОД) получается в результате процесса индексирования, которое выполняется квалифицированными специалистами и состоит из двух этапов: выявление смысла документа и описание смысла на специальном информационно-поисковом языке (ИПЯ).
Запрос к ИПС описывается также на этом языке. Поиск документа состоит в сравнении множества хранящихся в системе ПОД и текущего поискового образа запроса (ПОЗ), в результате чего пользователю выдается требуемый документ или отказ. Различают два режима работы ИПС: текущее информирование пользователей о новых поступлениях и ретроспективный поиск по разовым запросам.
Рис. 1.1 Схема информационно-поисковой системы
По концепции построения ИС делятся на файловые системы, автоматизированные банки данных (АБД), интеллектуальные банки данных (банки знаний) и хранилища данных.
Информационное обеспечение ИС первого типа построено в виде файловых систем. В современных ЭВМ операционная система берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным. Программное обеспечение ИС напрямую использует функции ОС для работы с файлами. Файловые системы обычно обеспечивают хранение слабо структурированной информации, оставляя дальнейшую структуризацию прикладным программам. В таких системах сложно решить проблемы согласования данных в разных файлах, коллективного доступа к данным, модификации структуры данных.
Банком данных (АБД) (рис. 1.2) называют систему специальным образом организованных баз данных, программных, технических, языковых и организационно - методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных [4].
|
|
|
В отличие от файловых систем, структура базы данных (БД) меньше зависит от прикладных программ, а все функции по работе с БД сосредоточены в специальном компоненте - системе управления базами данных (СУБД), которая играет центральную роль в функционировании банка данных, так как обеспечивает связь прикладных программ и пользователей с данными. Сведения о структуре БД сосредоточены в словаре-справочнике (репозитории) АБД, этот вид информации называется метаинформацией. В состав метаинформации входит семантическая информация, физические характеристики данных и информация об их использовании. С помощью словарей данных автоматизируется процесс использования метаинформации в ИС.
Рис. 1.2 Структура банка данных
Интеллектуальный банк данных (ИБД) (рис. 1.3) - это сравнительно новый способ построения ИС, при котором информация о предметной области условно делится между двумя базами.
База данных содержит сведения о количественных и качественных характеристиках конкретных объектов. База знаний (БЗ) содержит сведения о закономерностях в ПО, позволяющие выводить новые факты из имеющихся в БД, метаинформацию, сведения о структуре предметной области, сведения, обеспечивающие понимание запроса и синтез ответа.
Диалоговый процессор предназначен для понимания смысла запроса и его перевода в термины знаний, заложенных в БЗ. Планировщик преобразует полученный запрос в рабочую программу, составляя ее из модулей, имеющихся в БЗ. Подсистема пополнения знаний позволяет ИС обучаться.
Рис. 1.3 Структура банка знаний
Если в традиционном банке данных знания о предметной области заложены программистом в каждую прикладную программу, а также в структуру БД, то в интеллектуальном банке данных они хранятся в базе знаний и отделены от прикладных программ. В отличие от данных, знания активны: на их основе формируются цели и выбираются способы их достижения. Например, ИБД в системе складского учета может автоматически реагировать на такое событие, как уменьшение количества деталей на складе до критической нормы, при этом ИБД без участия пользователя генерирует документы для заказа этих деталей и отправляет их по электронной почте поставщику.
|
|
|
Другое характерное отличие знаний от данных - связность, причем знания отражают как структурные взаимосвязи между объектами предметной области, так и вызванные конкретными бизнес - процессами, например такие связи, как “происходит одновременно”, “следует из...”, "если - то" и др.
Наконец, существенную роль в ИБД играет форма представления информации для пользователя: она должна быть как можно ближе к естественным для человека способам обмена данными (профессиональный естественный язык, речевой ввод / вывод, графическая форма).
В настоящее время в корпоративных базах данных накоплены гигантские объемы информации, однако она недостаточно эффективно используется в процессе управления бизнесом, поэтому бурно развивается новая форма построения ИС - склады (хранилища) данных.
Хранилище данных представляет собой АБД [5], в котором база данных разделена на два компонента: оперативная БД хранит текущую информацию, квазипостоянная БД содержит исторические данные (рис. 1.4), например, в оперативной БД могут содержаться данные о продажах за текущий год, а в квазипостоянной БД хранятся систематизированные годовые отчеты и балансы за все время существования предприятия. Подсистема оперативного анализа данных позволяет эффективно и быстро анализировать текущую информацию. Подсистема принятия решений пользуется обобщенной и исторической информацией, применяет методы логического вывода. Для общения с пользователем служит универсальный интерфейс.
Рис. 1.4.Структура хранилища данных
По масштабу информационные системы подразделяются на следующие группы [6]: одиночные; групповые; корпоративные.
Одиночные информационные системы реализуются, как правило, на автономном персональном компьютере (сеть не используется). Такая система может содержать несколько простых приложений, связанных общим информационным фондом, и рассчитана на работу одного пользователя или группы пользователей, разделяющих по времени одно рабочее место. Подобные приложения создаются с помощью так называемых настольных или локальных систем управления базами данных (СУБД). Среди локальных СУБД наиболее известными являются Clarion, Clipper, FoxPro, Paradox, dBase и Microsoft Access.
|
|
|
Групповые информационные системы ориентированы на коллективное использование информации членами рабочей группы и чаще всего строятся на базе локальной вычислительной сети. При разработке таких приложений используются серверы баз данных (называемые также SQL-серверами) для рабочих групп. Существует довольно большое количество различных SQL-серверов, как коммерческих, так и свободно распространяемых. Среди них наиболее известны такие серверы баз данных, как Oracle, DB2, Microsoft SQL Server, InterBase, Sybase, Informix.
Корпоративные информационные системы являются развитием систем для рабочих групп, они ориентированы на крупные компании и могут поддерживать территориально разнесенные узлы или сети. В основном они имеют иерархическую структуру из нескольких уровней. Для таких систем характерна архитектура клиент-сервер со специализацией серверов или же многоуровневая архитектура. При разработке таких систем могут использоваться те же серверы баз данных, что и при разработке групповых информационных систем. Однако в крупных информационных системах наибольшее распространение получили серверы Oracle, DB2 и Microsoft SQL Server.
Для групповых и корпоративных систем существенно повышаются требования к надежности функционирования и сохранности данных. Эти свойства обеспечиваются поддержкой целостности данных, ссылок и транзакций в серверах баз данных.
По сфере применения информационные системы обычно подразделяются на четыре группы [6]:
· системы обработки транзакций;
· системы поддержки принятия решений;
· информационно-справочные системы;
· офисные информационные системы.
Системы обработки транзакций, в свою очередь, по оперативности обработки данных, разделяются на пакетные информационные системы и оперативные информационные системы. В информационных системах организационного управления преобладает режим оперативной обработки транзакций - OLTP (OnLine Transaction Processing), для отражения актуального состояния предметной области в любой момент времени, а пакетная обработка занимает весьма ограниченную часть. Для систем OLTP характерен регулярный (возможно, интенсивный) поток довольно простых транзакций, играющих роль заказов, платежей, запросов и т. п. Важными требованиями для них являются:
· высокая производительность обработки транзакций;
|
|
|
· гарантированная доставка информации при удаленном доступе к БД по телекоммуникациям.
Системы поддержки принятия решений - DSS (Decision Support System) - представляют собой другой тип информационных систем, в которых с помощью довольно сложных запросов производится отбор и анализ данных в различных разрезах: временных, географических и по другим показателям.
Обширный класс информационно-справочных систем основан на гипертекстовых документах и мультимедиа. Наибольшее развитие такие информационные системы получили в сети Интернет.
Класс офисных информационных систем нацелен на перевод бумажных документов в электронный вид, автоматизацию делопроизводства и управление документооборотом.
Следует отметить, что приводимая классификация по сфере применения в достаточной степени условна. Крупные информационные системы очень часто обладают признаками всех перечисленных выше классов. Кроме того, корпоративные информационные системы масштаба предприятия обычно состоят из ряда подсистем, относящихся к различным сферам применения.
По способу организации групповые и корпоративные информационные системы подразделяются на следующие классы [6]:
· системы на основе архитектуры файл-сервер;
· системы на основе архитектуры клиент-сервер;
· системы на основе многоуровневой архитектуры;
· системы на основе Интернет/интранет-технологий.
В любой информационной системе можно выделить необходимые функциональные компоненты (табл. 1.1), которые помогают понять ограничения различных архитектур информационных систем.
Таблица 1.1
Типовые функциональные компоненты информационной системы [6]
| Обозначение | Наименование | Характеристика |
| PS | Presentation Services (средства представления) | Обеспечиваются устройствами, принимающими ввод от пользователя и отображающими то, что сообщает ему компонент логики представления PL, с использованием соответствующей программной поддержки |
| PL | Presentation Logic (логика представления) | Управляет взаимодействием между пользователем и ЭВМ. Обрабатывает действия пользователя при выборе команды в меню, нажатии кнопки или выборе элемента из списка |
| BL | Business or Application Logic (прикладная логика) | Набор правил для принятия решений, вычислений и операций, которые должно выполнить приложение |
| DL | Data Logic (логика управления данными) | Операции с базой данных (SQL-операторы), которые нужно выполнить для реализации прикладной логики управления данными |
| DS | Data Services (операции с базой данных) | Действия СУБД, вызываемые для выполнения логики управления данными, такие как манипулирование данными, определения данных, фиксация или откат транзакций и т. п. СУБД обычно компилирует SQL-предложения |
| FS | File Services (файловые операции) | Дисковые операции чтения и записи данных для СУБД и других компонентов. Обычно являются функциями операционной системы (ОС) |
Архитектура файл-сервер не имеет сетевого разделения компонентов диалога PS и PL и использует компьютер для функций отображения, что облегчает построение графического интерфейса. Файл-сервер только извлекает данные из файлов, так что дополнительные пользователи и приложения добавляют лишь незначительную нагрузку на центральный процессор. Каждый новый клиент добавляет вычислительную мощность к сети.
Объектами разработки в файл-серверном приложении являются компоненты приложения, определяющие логику диалога PL, а также логику обработки BL и управления данными DL. Разработанное приложение реализуется либо в виде законченного загрузочного модуля, либо в виде специального кода для интерпретации.
Однако такая архитектура имеет существенный недостаток: при выполнении некоторых запросов к базе данных клиенту могут передаваться большие объемы данных, загружая сеть и приводя к непредсказуемости времени реакции. Значительный сетевой трафик особенно сильно сказывается при организации удаленного доступа к базам данных на файл-сервере через низкоскоростные каналы связи. Одним из вариантов устранения данного недостатка является удаленное управление файл-серверным приложением в сети. При этом в локальной сети размещается сервер приложений, совмещенный с телекоммуникационным сервером (обычно называемым сервером доступа), в среде которого выполняются обычные файл-серверные приложения. Особенность состоит в том, что диалоговый ввод-вывод поступает от удаленных клиентов через телекоммуникации. Приложения не должны быть слишком сложными, иначе велика вероятность перегрузки сервера, или же нужна очень мощная платформа для сервера приложений.
Одним из традиционных средств, на основе которых создаются файл-серверные системы, являются локальные СУБД. Однако такие системы, как правило, не отвечают требованиям обеспечения целостности данных (в частности, они не поддерживают транзакции). Поэтому при их использовании задача обеспечения целостности данных возлагается на программы клиентов, что приводит к усложнению клиентских приложений. Однако эти инструменты привлекают своей простотой, удобством использования и доступностью. Поэтому файл-серверные информационные системы до сих пор представляют интерес для малых рабочих групп и, более того, нередко используются в качестве информационных систем масштаба предприятия.
Архитектура клиент-сервер предназначена для разрешения проблем файл-серверных приложений путем разделения компонентов приложения и размещения их там, где они будут функционировать наиболее эффективно. Особенностью архитектуры клиент-сервер является использование выделенных серверов баз данных, понимающих запросы на языке структурированных запросов SQL (Structured Query Language) и выполняющих поиск, сортировку и агрегирование информации.
Отличительная черта серверов БД - наличие справочника данных, в котором записана структура БД, ограничения целостности данных, форматы и даже серверные процедуры обработки данных по вызову или по событиям в программе. Объектами разработки в таких приложениях помимо диалога и логики обработки являются, прежде всего, реляционная модель данных и связанный с ней набор SQL-операторов для типовых запросов к базе данных.
Большинство конфигураций клиент-сервер использует двухуровневую модель, в которой клиент обращается к услугам сервера. Предполагается, что диалоговые компоненты PS и PL размещаются на клиенте, что позволяет обеспечить графический интерфейс. Компоненты управления данными DS и FS размещаются на сервере, а диалог (PS, PL), логика BL и DL - на клиенте. Двухуровневое определение архитектуры клиент-сервер использует именно этот вариант: приложение работает у клиента, СУБД - на сервере (рис. 1.5).
Поскольку эта схема предъявляет наименьшие требования к серверу, она обладает наилучшей масштабируемостью. Однако сложные приложения, вызывающие большое взаимодействие с БД, могут жестко загрузить как клиента, так и сеть. Результаты SQL-запроса должны вернуться клиенту для обработки, потому что там находится логика принятия решения. Такая схема приводит к дополнительному усложнению администрирования приложений, разбросанных по различным клиентским узлам.
Для сокращения нагрузки на сеть и упрощения администрирования приложений компонент BL можно разместить на сервере. При этом вся логика принятия решений оформляется в виде хранимых процедур и выполняется на сервере БД.
Хранимая процедура - процедура с операторами SQL для доступа к БД, вызываемая по имени с передачей требуемых параметров и выполняемая на сервере БД. Хранимые процедуры могут компилироваться, что повышает скорость их выполнения и сокращает нагрузку на сервер.
Рис. 1.5 Классический вариант клиент-серверной информационной системы
Хранимые процедуры улучшают целостность приложений и БД, гарантируют актуальность коллективно используемых операций и вычислений. Улучшается сопровождение таких процедур, а также безопасность (нет прямого доступа к данным).
Следует помнить, что перегрузка хранимых процедур прикладной логикой может перегрузить сервер, что приведет к потере производительности. Эта проблема особенно актуальна при разработке крупных информационных систем, в которых к серверу может одновременно обращаться большое количество клиентов. Поэтому в большинстве случаев следует принимать компромиссные решения: часть логики приложения размещать на стороне сервера, часть - на стороне клиента. Такие клиент-серверные системы называются системами с разделенной логикой. Данная схема при удачном разделении логики позволяет получить более сбалансированную загрузку клиентов и сервера, но при этом затрудняется сопровождение приложений.
Создание архитектуры клиент-сервер возможно и на основе многотерминальной системы. В этом случае в многозадачной среде сервера приложений выполняются программы пользователей, а клиентские узлы вырождены и представлены терминалами. Подобная схема информационной системы характерна для UNIX.
Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры клиент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:
· нижний уровень представляет собой приложения клиентов, выделенные для выполнения функций и логики представлений PS и PL и имеющие программный интерфейс для вызова приложения на среднем уровне;
· средний уровень представляет собой сервер приложений, на котором выполняется прикладная логика BL и с которого логика обработки данных DL вызывает операции с базой данных DS;
· верхний уровень представляет собой удаленный специализированный сервер базы данных, выделенный для услуг обработки данных DS и файловых операций FS (без риска использования хранимых процедур).
Подобную концепцию обработки данных пропагандируют, в частности, фирмы Oracle, Sun, Inprise и др.
Трехуровневая архитектура позволяет еще больше сбалансировать нагрузку на разные узлы и сеть, а также способствует специализации инструментов для разработки приложений и устраняет недостатки двухуровневой модели клиент-сервер.
Централизация логики приложения упрощает администрирование и сопровождение. Четко разделяются платформы и инструменты для реализации интерфейса и прикладной логики, что позволяет с наибольшей отдачей реализовывать их специалистам узкого профиля. Наконец, изменения прикладной логики не затрагивают интерфейса, и наоборот. Но поскольку границы между компонентами PL, BL и DL размыты, прикладная логика может появиться на всех трех уровнях. Сервер приложений с помощью монитора транзакций обеспечивает интерфейс с клиентами и другими серверами, может управлять транзакциями и гарантировать целостность распределенной базы данных. Средства удаленного вызова процедур наиболее соответствуют идее распределенных вычислений: они обеспечивают из любого узла сети вызов прикладной процедуры, расположенной на другом узле, передачу параметров, удаленную обработку и возврат результатов.
С ростом систем клиент-сервер необходимость трех уровней становится все более очевидной. Продукты для трехзвенной архитектуры, так называемые мониторы транзакций, являются относительно новыми. Эти инструменты в основном ориентированы на среду UNIX, однако прикладные серверы можно строить на базе Microsoft Windows NT с использованием вызова удаленных процедур для организации связи клиентов с сервером приложений. На практике в локальной сети могут использоваться смешанные архитектуры (двухуровневые и трехуровневые) с одним и тем же сервером базы данных. С учетом глобальных связей архитектура может иметь больше трех звеньев. В настоящее время появились новые инструментальные средства для гибкой сегментации приложений клиент-сервер по различным узлам сети.
Таким образом, многоуровневая архитектура распределенных приложений позволяет повысить эффективность работы корпоративной информационной системы и оптимизировать распределение ее программно-аппаратных ресурсов. Но пока на российском рынке по-прежнему доминирует архитектура клиент-сервер.
Интернет/интранет-технологии. В развитии технологии Интернет/интранет основной акцент пока что делается на разработке инструментальных программных средств. В то же время наблюдается отсутствие развитых средств разработки приложений, работающих с базами данных. Компромиссным решением для создания удобных и простых в использовании и сопровождении информационных систем, эффективно работающих с базами данных, стало объединение Интернет/интранет-технологии с многоуровневой архитектурой. При этом структура информационного приложения приобретает следующий вид: браузер - сервер приложений - сервер баз данных - сервер динамических страниц - web-сервер.
Благодаря интеграции Интернет/интранет-технологии и архитектуры клиент-сервер процесс внедрения и сопровождения корпоративной информационной системы существенно упрощается при сохранении достаточно высокой эффективности и простоты совместного использования информации.
Жизненный цикл ИС
Жизненный цикл (ЖЦ) любой системы - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о ее создании и заканчивается в момент полного изъятия системы из эксплуатации [6]. Структура ЖЦ ПО ИС в соответствии с международным стандартом ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:
· основные (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
· вспомогательные (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, совместная оценка, аудит, разрешение проблем);
· организационные (управление проектами, создание инфраструктуры, усовершенствование, обучение).
Рассмотрим определения некоторых из этих процессов.
Разработка включает все работы по созданию ИС в соответствии с заданными требованиями. Разработка состоит из 4-х этапов:
1) формирование и анализ требований к системе (в результате составляется спецификация системы);
2) концептуальное проектирование (создание информационной модели системы без привязки к типу ЭВМ и системных программных средств);
) проектирование реализации (выбор вычислительной системы, системных программных средств, проектирование структуры данных);
) физическая реализация (разработка прикладных программ, базы данных, их отладка и тестирование, написание документации).
Эксплуатация включает все работы по внедрению компонентов ИС, созданию рабочих мест, обучению персонала, а также собственно эксплуатацию, в том числе поиск и устранение проблем, подготовку предложений по развитию и улучшению системы. Модернизация ИС - это процесс замены отдельных компонент системы, ее проводят в связи с изменениями предметной области, для повышения качества и надежности ИС, для совместимости с другими ИС. Сопровождение - это поддержание системы в работоспособном состоянии в период эксплуатации. Управление проектом относится к организационным процессам ЖЦ и связано с планированием работ, созданием коллектива разработчиков, контролем за сроками и качеством работ. Верификация - это вспомогательный процесс, который состоит в определении того, отвечает ли промежуточный проект требованиям соответствующего этапа.
Каждый процесс ЖЦ характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными и результатами. Часто результаты более поздних процессов изменяют исходные данные более ранних этапов, поэтому ЖЦ ИС носит итерационный характер.
|
|
|
