Архитектура ис, типы архитектур
Любая организация представляет собой сложную систему. Для изучения сложных систем используется системный подход6, для применения которого вводится понятие архитектуры. В понятии архитектуры воплощается идея целостности системы, идея подчинения элемента системы ее замыслу, назначению, миссии.
Архитектура системы, согласно ANSI/IEEE Std 1471-2000 – это «фундаментальная организационная структура системы, воплощенная в ее компонентах, их взаимоотношениях между собой и с окружением, и принципы, управляющие ее построением и эволюцией».
В настоящее время понятие архитектуры широко используется при анализе, описании, моделировании деятельности организаций (предприятий) как сложных системных объектов. Существование организации (предприятия) предполагает наличие у нее некоторой архитектуры, которая может или нет обеспечить необходимый уровень управления и контроля процессов производства продукции/услуг, добиться соответствия продукции/услуг ожиданиям потребителей, реализовать поставленные цели.
Архитектура организации7 должна включать описание роли людей, описание процессов (функции и поведение), представление всех вспомогательных технологий на протяжении жизненного цикла организации. Она определяет структуру бизнеса, информацию, необходимую для его ведения, технологии, применяемые для поддержания бизнес-операций и процессы преобразования, развития и перехода, необходимые для реализации новых технологий при изменении или появлении новых бизнес-потребностей.
Традиционно архитектура организации представляется в виде следующих слоев (таблица 1. 1).
Таблица 1.1. Слои архитектуры организации |
||
Корпоративные миссия и стратегия, стратегические цели и задачи |
||
Бизнес-архитектура |
||
Бизнес-процессы |
Организационная структура |
Система документооборота |
Системная архитектура |
||
Приложения |
Данные |
Оборудование |
В зависимости от миссии, стратегии развития и долгосрочных бизнес-целей бизнес-архитектура определяет необходимые бизнес-процессы, информационные и материальные потоки, поддерживающую их организационную структуру.
Системная архитектура определяет совокупность методологических, технологических и технических решений для обеспечения информационной поддержки деятельности организации, определяемой его бизнес-архитектурой, и включает в себя архитектуры приложений, данных и техническую.
Архитектура приложений включает прикладные программные системы, поддерживающие выполнение бизнес-процессов, интерфейсы взаимодействия прикладных программных систем между собой и с внешними системами, источниками или потребителями данных, средства и методы разработки и сопровождения приложений.
Архитектуру данных определяют базы данных и хранилища данных, системы управления базами данных и хранилищами данных, правила и средства разграничения доступа к данным.
Сетевая архитектура и архитектура платформ представляют техническую архитектуру.
Сетевую архитектуру образуют вычислительные сети, используемые коммуникационные протоколы, сервисы и системы адресации в сетях, методики обеспечения бесперебойной работы сетей в форс-мажорных условиях.
Архитектура платформ включает аппаратные средства вычислительной техники – серверы, рабочие станции, устройства хранения данных и другое компьютерное оборудование, операционные и управляющие системы, утилиты и офисные программные системы, методики обеспечения бесперебойной работы аппаратуры (главным образом, серверов) и баз данных в форс-мажорных обстоятельствах.
Архитектура организации является одним из главных средств управления изменениями в бизнесе и технологиях, при этом поддерживает работу менеджеров при анализе потенциальных изменений и их реализации, создает основу для совместной работы бизнес-менеджеров и ИТ-менеджеров, создает единое информационное пространство организации.
Архитектура информационной системы – это концептуальное описание структуры, определяющее модель, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы.
Архитектура информационной системы предусматривает наличие трех компонент:
Информационные технологии – аппаратно-программная компонента, телекоммуникации и данные, совместно обеспечивающие функционирование информационной системы и являющиеся ее главной материальной основой;
Функциональные подсистемы – специализированные программы, обеспечивающие обработку и анализ информации для цельной подготовки документов или принятия решений в конкретной функциональной области на базе информационных технологий;
Управление информационными системами обеспечивает оптимальное взаимодействие информационных технологий, функциональных подсистем и связанных с ними специалистов, а также их развитие в течение всего жизненного цикла информационной системы.
Различают следующие виды архитектур: файл-сервер; клиент-сервер; многоуровневая; архитектура на базе хранилища данных; Internet/Intranet.
В общем случае функции клиентского приложения разбиваются на следующие группы:
ввод и отображение данных (презентационная логика) – часть кода клиентского приложения, которая определяет, что пользователь видит на экране, когда работает с приложением. Как правило, получение информации от пользователя происходит посредством различных форм. А выдача результатов запросов – посредством отчетов;
бизнес-логика – часть кода клиентского приложения, которая определяет алгоритм решения конкретных задач приложения. Она определяет функциональность и работоспособность системы в целом. Блоки программного кода могут быть распределены по сети и использоваться многократно (CORBA, DCOM) для создания сложных распределенных приложений;
обработка данных внутри приложения (логика базы данных) – часть кода клиентского приложения, которая связывает данные сервера с приложением. Она обеспечивает добавление, модификацию и выборку данных, проверку целостности и непротиворечивости данных и реализацию транзакций
Физически, функции могут реализовываться одним программным модулем, или же распределяться на несколько параллельных процессов в одном или нескольких узлах сети.
Рассматриваются следующие архитектуры
Функции \ Тип архитектуры |
Файл-сервер |
Клиент-сервер (Бизнес-логика на клиенте) |
Клиент-сервер (бизнес-логика на сервере) |
3-уровневая архитектура |
Презентационная логика |
Клиент |
Клиент |
Клиент |
Клиент |
Бизнес-логика |
Клиент |
Клиент |
Сервер БД |
Сервер приложений |
Логика базы данных |
Файл-сервер (или клиент) Все три функции реализуются одним программным модулем |
Сервер БД Презентационная и бизнес-логика образуют единый модуль. Данные хранятся на сервере БД |
Сервер БД Бизнес логика реализована в виде хранимых процедур, исполняемых на сервере БД |
Сервер БД Функции исполняются на разных компьютерах. |
Файл-сервер – выделенный сервер, оптимизированный для выполнения файловых операций ввода-вывода и предназначенный для хранения файлов любого типа, обладающий большим объемом дискового пространства. Для повышения надежности хранения данных оборудуется RAID8 контроллером.
В архитектуре «файл-сервер» сервер выполняет функции хранения данных и кода программы, а клиент – обработку данных. Клиент обращается к серверу на уровне файловых команд, система управления файлами считывает запрашиваемые данные из БД и поблочно передает эти данные клиентскому приложению. Фактически, эта архитектура предполагает автономную работу программного обеспечения ИС на разных компьютерах в сети. Компоненты ИС взаимодействуют только за счет наличия общего хранилища данных под управлением СУБД, поддерживающей файл-серверную архитектуру.
При использовании файл-серверной архитектуры копия СУБД создается для каждого инициированного пользователем сеанса работы с ней, которая выполняется на том же процессоре, что и пользовательский процесс. Вся ответственность за сохранность и целостность базы данных лежит на программе и сетевой операционной системе. Обработка всех данных происходит на рабочих местах, а сервер используется только как разделяемый накопитель. При больших объемах данных и работе во многопользовательском режиме существенно снижается быстродействие.
В архитектуре ИС «файл-сервер» присутствует «толстый» клиент и очень «тонкий» сервер в том смысле, что почти вся работа выполняется на стороне клиента, а от сервера требуется только достаточная емкость дисковой памяти.
К недостаткам архитектуры «файл-сервер» относят высокий сетевой трафик, связанный с передачей по сети множества блоков и файлов, необходимых приложениям клиентов; ограниченное множество команд манипулирования данными; отсутствие развитых средств защиты данных (только на уровне файловой системы).
Внедрение и поддержание на предприятии системы качества в соответствии со стандартами семейства ИСО 9000 предполагает использование программных продуктов таких классов:
комплексные системы управления предприятием (автоматизированные информационные системы поддержки принятия управленческих решений), АИСППР
системы электронного документооборота,
продукты, позволяющие создавать модели функционирования организации, проводить анализ и оптимизацию ее деятельности (в том числе, системы нижнего уровня класса АСУТП и САПР, продукты интеллектуального анализа данных, а также ПО, ориентированное исключительно на подготовку и поддержание функционирования систем качества в соответствии со стандартом ИСО 9000)
Корпоративная информационная система (КИС) - это совокупность информационных систем отдельных подразделений предприятия, объединенных общим документооборотом, таких, что каждая из систем выполняет часть задач по управлению принятием решений, а все системы вместе обеспечивают функционирование предприятия в соответствии со стандартами качества ИСО 9000. Исторически сложились ряд требований к корпоративным информационным системам. Основными требованиями являются функциональные и системные.
Тема 2. Техническое обеспечение информационных технологий
Техническое обеспечение – это комплекс технических средств, предназначенных для поддержки функционирования информационной системы, и соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.
В составе технического обеспечения ИС выделяют: средства компьютерной техники, средства коммуникационной техники и средства организационной техники (рис.).
Рисунок – Технические средства управления информационными ресурсами
Компьютерная техника предназначена, в основном, для реализации комплексных технологий обработки и хранения информации и является базой интеграции всех современных технических средств.
Коммуникационная техника реализует технологии передачи информации и предполагает как автономное функционирование, так и функционирование в комплексе со средствами компьютерной техники.
Организационная техника предназначена для реализации технологий представления, распространения и использования информации, для выполнения различных вспомогательных операций в рамках тех или иных технологий информационной поддержки управленческой деятельности.
Средства компьютерной техники играют определяющую роль и являются базовыми в информационных системах, системах коммуникаций и управления.
В настоящее время в ИС используются компьютеры, построенные на различных принципах логической и структурной организации.
Совершенствование компьютеров традиционной архитектуры фон Неймана предусматривает повышение производительности за счет:
увеличения разрядности системной шины и процессора, разделения единой шины данных и программ на две;
использования элементов, в которых реализована не двоичная система счисления, а троичная и т.д.;
создания многоядерных процессоров;
разработки микросхем на новых технологиях;
увеличения объемов и количества уровней кэш-памяти;
использования процессоров с новыми типами архитектур;
внедрения технологий конвейеризации и параллелизма;
перехода на многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы и т.д.
На первых этапах развития компьютеров при их построении использовались процессоры с CISC9 архитектурой, затем были разработаны процессоры с новой RISC архитектурой. Выбор между RISC и CISC архитектурами зависит от области применения процессоров. RISC-процессоры удобны при использовании их в качестве элементарных процессорных устройств с высокой степенью распараллеливания операций, а CISC-процессоры – в тех областях, где требуется поддержка аппаратными средствами высоконадежного программного обеспечения. Для реализации преимуществ RISC-процессоров над CISC необходимо создание большого количества специально ориентированных на реализацию RISC-процессоров программ.
Масштабируемая процессорная архитектура SPARC (Scalable Processor Architecture) компании Sun Microsystems является наиболее широко распространенной RISC-архитектурой. Процессоры с этой архитектурой лицензированы и изготавливаются по спецификациям Sun разными производителями – компании Texas Instruments, Fujitsu, LSI Logic, Bipolar International Technology, Philips, Cypress Semiconductor и Ross Technologies, которые поставляют SPARC-процессоры компании Sun Microsystems и другим производителям вычислительных систем (Sol Bourne, Toshiba, Matsushita, Tatung и Cray Research).
Применение конвейеризации и параллелизма позволяет разрабатывать компьютеры с повышенными технико-экономическими возможностями. Процесс конвейеризации позволяет сократить длительность цикла выполнения команды за счет разбиения ее на элементарные операции, использования для выполнения операций каждого типа специализированных исполнительных устройств и выборки из памяти очередной команды во время выполнения предыдущей.
Другой путь повышения производительности числовой обработки заключается в дополнении типового набора команд векторными командами, которые предусматривают выполнение единой операции над несколькими данными, хранящимися в соответствующих векторных регистрах. Особенно эффективны векторные операции при организации циклических процессов.
Дальнейшее совершенствование вычислительной архитектуры предполагает повышение производительности и надежности функционирования за счет применения разнообразных форм параллелизма. В результате обработку данных возможно совместить во времени и в пространстве. Параллельность может реализовываться на различных уровнях – от совмещения выполнения отдельных операций до одновременного выполнения целых программ. Примерами реализации параллельной обработки являются многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС).
Использование многомашинных и многопроцессорных ВС позволяет:
Повысить производительность и быстродействие;
Обеспечить высокую надежность, характеризуемую безотказным функционированием в течение заданного времени или средним временем безотказной работы;
Достигнуть высокой живучести, понимаемой как способности системы продолжать (с пониженным быстродействием) решение задач при отказах отдельных элементов;
Обеспечить с необходимой достоверностью получение правильного результата решения;
Получить решение задачи в заданное время;
Снизить стоимость использования средств вычислительной техники;
Снизать стоимость обработки информации.
Основными архитектурными формами параллельных процессоров являются.
Архитектура с потоком управления: отдельный управляющий процессор служит для посылки команд множеству процессорных элементов, состоящих из процессора и связанной с ним оперативной памяти;
Архитектура с потоком данных – децентрализована с высокой степенью, параллельные команды посылаются вместе с данными во многие одинаковые процессорные элементы;
Архитектура с управлением по запросам, в которой задачи разбиваются на подзадачи, результаты выполнения которых снова объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется при необходимости использования ее результата активной командой.
Архитектура с управлением наборами условий предусматривает разбиение задачи на подзадачи, результаты решения которых объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда имеет место некоторый набор условий. Типичное применение такой архитектуры – распознавание изображений.
Архитектура, объединяющая процессоры с памятью с использованием разнообразных соединений между ними (в виде шин, колец, кубов и др.).
Классификация ВС возможна по ряду признаков, в основу которых положен реализуемый параллелизм.
По режиму работы различают однопрограммные и мультипрограммные ВС.
По режиму обслуживания различают: ВС с режимом индивидуального пользования, пакетной обработки, коллективного пользования.
В случае режима пакетной обработки подготовленные пользователем программы передаются обслуживающему систему персоналу и накапливаются во внешней памяти. При активизации система выполняет накопленный пакет программ. В этом режиме работают однопрограммные и многопрограммные ВС.
Режим коллективного пользования предусматривает возможность одновременного доступа нескольких пользователей к ресурсам ВС.
Системы коллективного использования с квантованным обслуживанием называются системами с разделением времени.
По особенностям территориального размещения частей системы различают:
сосредоточенные ВС – комплекс компактно размещенного оборудования.
ВС с телеобработкой содержат, расположенные на значительном расстоянии от вычислительных средств терминалы ввода-вывода. Соединение этих терминалов с центральными средствами ВС осуществляется по каналам связи.
вычислительные сети представляет собой территориально рассредоточенную многомашинную систему, состоящую из взаимодействующих ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных.
По степени распределения управляющих функций выделяют централизованные с закреплением всех управляющих функций в одном элементе ВС и децентрализованные.
По назначению ВС делятся на универсальные и специализированные ВС. Универсальные ВС предназначены для решения широкого круга задач различного назначения. Специализированные ориентированы на решение заранее определенного класса задач.
По типу используемых ЭВМ (процессоров) различают:
однородные ВС, построенные из однотипных ЭВМ (процессоров).
неоднородные – как правило, используют различные специализированные процессоры, например процессоры для операций над числами с плавающей точкой, для обработки десятичных чисел и др.
Существуют различные варианты классификации архитектуры современных компьютеров.
Средства коммуникационной техники обеспечивают передачу информации и обмен данными с внешней средой, предполагают как автономное функционирование, так и в комплексе со средствами компьютерной техники.
К средствам коммуникационной техники относятся средства и системы:
стационарной и мобильной телефонной связи;
телеграфной связи;
факсимильной передачи информации и модемной связи;
кабельной и радиосвязи, включая оптико-волоконную и спутниковую связь.
Телефонная связь является самым распространенным видом оперативной административно-управленческой связи. Телефонную связь можно разделить на:
телефонную связь общего пользования (городскую, междугородную и др.);
внутриучрежденческую телефонную связь.
Особыми видами телефонной связи являются: радиотелефонная и видеотелефонная связь.
Интеграцию и организацию эффективного взаимодействия разнородных локальных информационных инфраструктур в единую информационную телекоммуникационную сеть позволяют выполнить системы компьютерной телефонии.
Компьютерной телефонией называется технология, в которой компьютерные ресурсы применяются для выполнения исходящих и приема входящих звонков и для управления телефонным соединением.
Интернет-телефония (IP-телефония) – технология, которая используется в сети Интернет для передачи речевых сигналов, является частным случаем IP-телефонии, где в качестве линий передачи используются обычные каналы сети Интернет. В чистом виде IP-телефония в качестве линий передачи телефонного трафика использует выделенные цифровые каналы; но так как Интернет-телефония исходит из IP-телефонии, то часто для нее применяются оба этих термина. Услуги IP-телефонии – бурно развивающегося сегодня вида связи – значительно дешевле услуг традиционной телефонии.
В Интернет-телефонии существуют несколько типов телефонных запросов, среди которых запросы:
с телефона на телефон;
с компьютера на телефон;
с компьютера на компьютер.
Средства организационной техники предназначены для механизации и автоматизации управленческой деятельности. К ним относится большой перечень технических средств, устройств и приспособлений, начиная от карандашей и заканчивая сложными системами и средствами передачи информации.
Применение средств оргтехники в офисных процедурах и процессах связано с выполнением различных операций по обработке документированной информации или с организацией управленческого или иного труда. По функциональному признаку номенклатура средств оргтехники классифицируется на:
носители информации;
средства составления и изготовления документов;
средства репрографии и оперативной полиграфии;
средства обработки документов;
средства хранения, поиска и транспортировки документов;
офисная мебель и оборудование;
другие средства оргтехники.
В области средств вычислительной техники можно выделить следующие перспективные направления развития:
разработка новой микроэлектронной базы;
дальнейшая миниатюризация СБИС;
создание новых носителей информации;
разработки в области создания перспективных архитектур компьютеров (разработки в области сверхбольших ЭВМ, структур многопроцессорных систем, построение систем на базе новых элементов (биокомпьютеры, квантовые и оптические и др.), создание компьютеров, взаимодействующих с пользователем на естественных языках.
В области телекоммуникаций перспективными направлениями являются:
совершенствование оптоволоконных линий связи;
создание новой аппаратуры уплотнения (модуляция лазерного луча);
создание и совершенствование Глобальных спутниковых систем связи и навигации (GPS, ГЛОНАС, Бэйдоу).
В области оргтехники и технических средств информационных систем можно выделить следующие перспективы:
создание новых носителей, в том числе, использующих биологические принципы, и разработка методов доступа к банковским системам (идентификация, услуги карточек и т.д.);
распознавание образов (идентификация) и т.д.;
создание систем идентификации на базе биологических принципов;
создание робототехники и ее широкое внедрение во все сферы деятельности человека и т.д.