7. Методология постановок и алгоритмизация задач задач на макро-и микро-уровнях.

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

8. Методы синтеза структур информационных систем. Задача оптимизации структур. Интеллектуализация информационных систем.

В от­личие от анализа, когда исследуется заданная информационная система в процессе синтеза необходимо создать новую систему путем определения ее оптимальных свойств и соответствующих показателей. При этом можно говорить о двух основных задачах синтеза: создание новой системы на основе последних достиже­ний науки и техники; совершенствование существующей системы на основе результатов, полученных в процессе ее эксплуатации. Задача синтеза информационной системы заключается в раз­работке ее структуры и выявлении параметров системы исходя из заданных требований к значениям показателей эффективности ее функционирования. Главным элементом синтеза является структурный синтез си­стемы, который позволяет определить оптимальный состав эле­ментов и связей между ними. В информационных системах важным моментом является син­тез системы передачи и обработки информации. При этом можно выделить следующие виды синтеза: синтез структуры подсистемы передачи и обработки данных; синтез структуры подсистемы хра­нения данных. В теории систем управления синтез — многошаговый итера­тивный процесс, включающий в себя последовательное решение следующих основных задач:

• формирование замысла и цели создания системы;

• формирование вариантов облика новой системы;

• приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие;

• оценка эффективности вариантов и принятия решения о вы­боре облика новой системы;

• разработка требований к системе управления;

• разработка программ реализации требований к системе управления;

• реализация разработанных требований к системе управле­ния.

Создание новой системы требует формирования замысла и разработки вариантов прототипов новой системы. Замысел воз­никает на основании полученного проектного задания, выделе­ния недостатков существующей системы, появления практической потребности или новых научных достижений. Варианты прото­типов новой системы формируются на основе анализа общей цели создания системы, изучения потребностей заказчиков. При этом учитывают состояние и перспективы развития аналогичных отечественных и зарубежных систем. При разработке информационных систем особую важность приобретает концептуальное моделирование предметной области. Цель такого моделирования — выявление объектов предметной области и установление связей между ними. Каждый формируемый вариант облика системы включает в себя следующие виды описаний: структурное — описание связей, назначения элементов си­стемы и их пространственное размещение; функциональное — решаемые системой функции, задачи, порядок функционирования системы; информационное — описание входной и выходной инфор­мации, потоков информации, циркулирующих в системе, спосо­бов представления и передачи данных; параметрическое — перечень количественных показателей (параметров), характеризующих отдельные свойства системы, ко­торые необходимо обеспечить в процессе ее создания. Требования к показателям в виде различных ограничений фор­мируются в процессе оценки эффективности каждого исследуе­мого варианта облика новой системы и уточняются в ходе ее раз­работки. В результате синтеза системы разработчик получает несколько вариантов облика новой системы. Для приведения полученных описаний во взаимное соответствие выполняют следующие дей­ствия: а) сопоставление всех видов описаний (структурного, функ­ционального, информационного, параметрического); б) устранение противоречий между описаниями; в) объединение описаний, получение итогового облика си­стемы. Сопоставление описаний выполняется структурно и функци­онально. Сначала решается вопрос о совместимости информаци­онного описания. Функциональное описание может быть недо­статочным для охвата блоков или процессов структурного описа­ния, тогда его нужно расширить. Все выделенные в ходе синтеза системы структуры должны быть описаны функционально. Затем уточняется, в какой мере информационное описание дополнено функционально и структурно. В результате сопоставления трех видов описаний — структур­ного, информационного и функционального — выделяются основ­ные параметры системы, значения которых используют для оцен­ки эффективности ее работы. При этом возможно получение двух результатов: требуемые значения параметров недостижимы; тре­буемые значения параметров достижимы порознь. В первом слу­чае необходимо внести изменения в структуру системы и пере­смотр ее функций, а во втором — провести синтез системы заново. Устранение противоречий сводится к внесению изменений в структурное описание на основании функциональных свойств системы. Для этого следует выявить и устранить основные про­тиворечия, препятствующие достижению положительного резуль­тата при эксплуатации системы. Признаком наличия таких про­тиворечий является функциональная недостаточность системы. Для выявления причины противоречия выполняют анализ структурных и информационных свойств системы. Для устране­ния противоречия требуется внести изменения в структуру систе­мы, новые элементы или подсистемы. Объединение описаний отражается в получении итогового ре­зультата, в котором отражены структурные, функциональные, ин­формационные свойства и параметры системы в полном объеме. В результате проведенного синтеза разрабатывается програм­ма реализации требований к системе. Такая программа должна отражать следующие основные особенности процесса создания системы: перечень целей и задач исполнителям, ответственным за создание системы; график обеспечения исполнителей ресур­сами (информационными, материальными). Реализация разработанных требований к системе управления выполняется в соответствии с созданной программой в указанные сроки. В общем виде в теории систем принято выделять следую­щие виды деятельности, направленные на реализацию вырабо­танной программы: моделирование, проектирование, конструи­рование, изготовление и испытание системы, а также оценка пу­тей модернизации. Моделирование системы предусматривает отработку принци­пов работы и алгоритмов обработки данных, основанных на но­вых идеях и информационных технологиях. Различают частичное и полное моделирование. Частичное моделирование применяет­ся, когда требуется проверить правильность выбора алгоритма функционирования отдельных подсистем. Результаты частичного моделирования используются для повторного моделирования си­стемы и дополнительной проработки облика системы на основа­нии новых данных. Полное моделирование применяется при раз­работке новых систем. Проектирование системы — процесс, охватывающий весь цикл функционирования будущей системы. При этом выбирают­ся средства и методы, необходимые для ее создания и обеспече­ния функционирования. Конструирование системы — определение пространственно­го расположения отдельных подсистем и правил взаимодействия между ними, что находит отражение в концепции интерфейса си­стемы. Изготовление системы — процесс разработки и развертыва­ния прикладного программного обеспечения, базы данных ин­формационной системы. Испытание системы — проверка правильности функциони­рования системы. Для оценки правильности работы выполняется отладка программного обеспечения системы путем выполнения контрольных заданий, запросов, результат которых заранее изве­стен. Затем система передается в эксплуатацию заказчику. Оценка путей модернизации — оценка эффективности рабо­ты информационной системы в результате опытной эксплуатации. Область информационных технологий характеризуется значитель­ной динамикой. При этом программное и аппаратное обеспече­ния подвергаются быстрому моральному износу. Для продления времени «жизни» следует своевременно вносить в систему изме­нения. Обзор стандартов проектирования информационных си­стем. Разработка реальных информационных систем осущест­вляется на основе стандартов. Данные стандарты определяют фазы проектирования систем с учетом их жизненного цикла. В общем случае под жизненным циклом системы следует понимать про­цесс ее зарождения, ввода в эксплуатацию и демонтаж. В настоящее время находят применение следующие стандарты. ГОСТ 34.601 — 90 распространяется на автоматизированные системы и устанавливает стадии и этапы их создания. Содержит описание содержания работ на каждом этапе. ISO/IEC 12207:1995 — стандарт на процессы и организацию жизненного цикла. Он дополнен руководствами ISO/IEC TR 15271:1998 Information technology — Guide for ISO/IEC 12207 и ISO/IEC TR 16326:1999 Software engineering — Guide for the application of ISO/IEC 12207 to project management. Стандарт Custom Development Method — методика Oracle (CDM) содержит рекомендации по разработке прикладных ин­формационных систем; описывает требования и методику, по­зволяющую получить готовые решения, ориентированные на ис­пользование СУБД Oracle. Стандарт Rational Unified Process (RUP) предлагает итератив­ную модель разработки систем, включающую в себя четыре фазы: начало, исследование, построение и внедрение. Каждый этап мо­жет быть разбит на отдельные этапы — итерации. Стандарт Microsoft Solution Framework (MSF), как и RUP, так­же включает в себя четыре фазы: анализ, проектирование, раз­работка, стабилизация. Он поддерживает технологию итераций и предполагает использование объектно-ориентированной техно­логии. Стандарт ХР (Extreme Programming) предусматривает интен­сивное взаимодействие между заказчиком системы и коллективом разработчиков в течение всего периода разработки информаци­онной системы. Разработка системы разбивается на этапы. Каж­дый этап заканчивается созданием функционально законченного прототипа, который затем дорабатывается на следующем этапе. Стандарт ISO/IEC 15288 System life cycle processes определяет методику разработки информационных систем в различных пред­метных областях, основное внимание уделяется жизненному ци­клу систем, в составе которых используется ЭВМ. Основным компонентом информационной системы является программное обеспечение, реализующее требуемые функции. Стандарт ISO/IEC 12207 все процессы жизненного цикла подраз­деляет на три группы: основные, вспомогательные и организаци­онные (табл. 1.2). Стандарт ISO/IEC 15288 в структуре жизненного цикла про­граммного обеспечения и информационной системы выделяет следующие процессы: договорные, проектные, технические, про­цессы предприятия, специальные (табл. 1.3). Стандарт ISO/IEC 15288 различает этапы жизненного цикла и этапы создания системы. В качестве этапов определены: формирование концепции системы — предусматривает про­ведение анализа потребностей пользователей, выбор общей кон­цепции системы и проектных решений; разработка системы — процесс ее проектирования; реализация — изготовление системы; эксплуатация — передача системы потребителю; поддержка — взаимодействие с потребителем системы, обе­спечение ее бесперебойной работы (функционирования); снятие с эксплуатации — демонтаж системы. ^ Особенности информационного и параметрического син­теза. При разработке системы информационный синтез преду­сматривает решение пяти задач: выявление необходимого объема информации для удовлет­ворения потребностей потребителя; определение форм предоставления информации; установление методов и средств передачи информации; выбор или разработка технологий хранения данных и обра­ботки; разработка или выбор алгоритмов обработки данных. Важным моментом информационного синтеза является выбор технологии хранения информации в базе данных системы, так как данная технология определяет дальнейший процесс проекти­рования системы и способ ее эксплуатации. Разработка может быть произведена путем использования стандартного формата файла базы данных и создания базы данных на уровне файловой системы. Использование стандартного формата предусматривает кон­кретную СУБД для разработки данной системы. Наиболее рас­пространены следующие форматы файлов: DBF — СУБД FoxPro; DB - СУБД Paradox; MDB - СУБД MS ACCESS; MDF — СУБД MS SQL Server. Этот подход дает следующие преимущества: а) не требуется разработка и программирование базовых опе­раций с записями базы, таких как добавление, удаление, навига­ция, поиск, редактирование, индексирование; автоматизирован процесс обслуживания структуры базы данных, например создание таблиц, удаление, изменение их струк­туры; в) предоставляется сервис для создания отчетных форм на бу­мажном носителе данных. В качестве недостатка следует указать, что для работы инфор­мационной системы требуется установка на ЭВМ заказчика не только созданной системы, но соответствующего программного обеспечения. Причем система, ориентированная на стандартный формат базы данных, может быть реализована двумя способами: путем эксплуатации в рамках прикладной среды СУБД; за счет использования в качестве автономного приложения, работающего под управлением операционной системы, при этом работа с данными реализуется через ядро СУБД. Соответственно в первом случае нужно дополнительно уста­новить СУБД, а во втором — компоненты доступа к данным, ко­торые образуют ядро СУБД. В обоих случаях требуется сделать выбор между определенными информационными технологиями программного доступа к данным. В качестве примера приведем СУБД MS ACCESS. Разработка информационных систем для дан­ной СУБД ведется путем использования стандартного формата данных MDB. Если создается система, ориентированная на стандартный фор­мат файла базы данных, то для разработки привлекаются следую­щие средства и технологии: прикладная среда пользователя СУБД; встроенная подсистема разработки прикладного программ­ного обеспечения Visual Basic for Application (VBA); технология доступа Data Access Objects (DAO) либо ActiveX Data Objects (ADO). При создании автономной системы используется среда визу­ального программирования Microsoft Visual Basic либо Microsoft Visual С. Далее делается выбор между технологиями доступа к данным DAO или ADO. Создание базы данных на уровне файловой системы преду­сматривает, что база данных хранится в виде дискового файла, доступ к которому осуществляется средствами операционной си­стемы. При этом нужно учитывать следующие особенности дан­ной технологии: требуется разработка алгоритмов хранения, ре­дактирования данных и навигации по записям; структура базы данных «привязана» к программе, которая ее обслуживает. Эти особенности можно рассматривать как недостатки, однако такая система может свободно распространяться среди ее потенциаль­ных пользователей, так как после компиляции программного про­дукта требуется только, чтобы на ЭВМ потребителя была уста­новлена соответствующая операционная система, и не требуется никакого дополнительного программного обеспечения. В качестве базовой технологии хранения данных в системах, использующих дисковые файлы, выбирают технологию прямого доступа к данным. При этом данные в файлах представляют со­бой блоки байтов фиксированной длины, которые можно рас­сматривать как записи (рис. 1.8). При создании документальных информационных систем мо­гут использоваться текстовые файлы, представляющие собой по­следовательности ASCII или ANSI кодов, которые с помощью специальных управляющих кодов организованы в строки. Рис. 1.8. Структура двоичного файла. Для перехода на блок данных используется указатель Рис. 1.9. Общая структура тек­стового файла: X — коды символов; LF — управ­ляющий код пропуска строки; CR — управляющий код перехода в начало строки; EOF — управля­ющий код для фиксации конца файла. Текстовые файлы используются также для хранения отчетных форм (рис. 1.9). Параметрический синтез информационной системы ведется путем выбора определенной совокупности показателей, которые важны для работы. Задача синтеза сводится в большинстве слу­чаев к минимизации значений этих показателей по формуле где р_п — конкретный показатель. В некоторых случаях в качестве такого показателя выбирают один показатель, который должен иметь максимальное либо ми­нимальное значения. Например, минимум времени доступа к дан­ным со стороны пользователей.