1 семестр_Лекции / 6. Концепция информацонных систем
.docЛекция (2 часа). Концепция информационных систем
1. Сущность и классификация информационных систем
2. Задачи, решаемые информационными системами
3. Проблемы построения и использования информационных систем
1. Сущность и классификация информационных систем
Для реализации процессов сбора, передачи, накопления, обработки и выдачи информации люди всегда создавали специальные средства. Примерами могут служить почта, библиотеки, архивы и т.п. Однако каждое из этих средств обычно использовалось и используется автономно. С появлением средств электросвязи и, самое главное, компьютерной техники наметилась тенденция к реализации системного подхода в этой области. Вторая половина XX века ознаменовалась появлением электронных информационных систем.
К настоящему времени не сложилось устоявшегося терминологического аппарата в рассматриваемой сфере. Условимся называть информационной системой единую взаимосвязанную совокупность технических, программных, информационных и других средств, предназначенную для сбора, передачи, обработки, накопления и предоставления пользователям информации, связанной с определенной предметной областью.
На начальных этапах внедрения компьютеров в практику они находились вне контура управления и решали вспомогательные задачи по проведению расчетов административным персоналом (рис 1.1, поз. а). По мере наращивания числа задач и изменения их характера все большее количество информации потребовалось накапливать, подвергать предварительной обработке и выдавать пользователям по их запросам. Для этого компьютеры были включены в контур управления, и это привело к появлению информационных систем (рис 1.1, поз. б).
Рис. 1.1. Общая организация информационной системы
В зависимости от конкретной области применения информационные системы могут очень сильно различаться по своим функциям, архитектуре, реализации. Однако можно выделить, по крайней мере, две черты, которые являются общими для всех информационных систем.
Во-первых, любая информационная система предназначена для сбора, хранения и обработки информации. Поэтому в основе каждой информационной системы лежит среда хранения и доступа к данным. Среда должна обеспечивать должный уровень надежности хранения и эффективности доступа, соответствующий области применения информационной системы. Заметим, что в вычислительных системах наличие такой среды принципиально не является обязательным. Основным требованием к системе, выполняющей численные расчеты (если говорить о серьезных расчетных задачах), является ее быстродействие. От программы требуется, чтобы она позволяла получать довольно точные результаты за установленное время. При решении серьезных вычислительных задач даже на суперкомпьютерах это время может измеряться неделями, а иногда и месяцами. Поэтому программисты-вычислители всегда очень скептически относились к хранению данных во внешней памяти при производстве расчетов. Их естественным стремлением было так организовать программу, чтобы в течение как можно более долгого времени обрабатываемые данные помещались в оперативной памяти компьютера. Внешняя память при этом используют для периодического и нечастого сохранения промежуточных результатов вычислений, чтобы в случае сбоя компьютера можно было продолжить работу программы от сохраненной контрольной точки. При организации функционирования информационных систем именно эффективная работа с внешней памятью выходит на первое место.
Во-вторых, информационные системы, в отличие от вычислительных, ориентированы на конечного пользователя, в большинстве случаев непрофессионала в области компьютерной техники. Для таких пользователей терминал или персональный компьютер представляют собой всего лишь орудие их собственной профессиональной деятельности. Поэтому информационная система должна обладать простым, удобным и легко осваиваемым интерфейсом, который должен предоставлять конечному пользователю все необходимые для его работы функции, но в то же время не давать ему возможность выполнять какие-либо лишние действия.
Для сравнения заметим, что вычислительные системы не обязаны обладать развитым интерфейсом, конечно в том случае, если они не предназначены для коммерческого распространения. Но, как правило, серьезные вычислительные программы почти всегда уникальны. Расчеты выполняются либо самими разработчиками программ, либо людьми из того же круга. Для них гораздо важнее быстродействие вычислений, чем удобство запуска программы и общения с ней, а наличие развитого интерфейса предполагает существенный расход компьютерных ресурсов. Как профессионалы, эти люди могут справиться с некоторыми неудобствами при работе с вычислительной техникой.
В настоящее время насчитывается множество информационных систем, отличающихся назначением, принципами построения, характеристиками и т.д. Составить более полное впечатление о них позволяет классификация. Накопленный опыт эксплуатации информационных систем позволяет обозначить следующие классификационные признаки и соответствующие им группировки.
Характер размещения. В соответствии с этим признаком выделяют персональные, учрежденческие (офисные), ведомственные (корпоративные) и глобальные информационные системы.
Персональные системы по своей сути являются информационным окружением автоматизированных рабочих мест должностных лиц. Такие системы базируются на персональные компьютеры и, как правило, обеспечивают решение функциональных задач персонала различных категорий. Каждая из них предназначена для обслуживания одного пользователя. Примерами являются информационные системы, создаваемые на рабочих местах руководителей предприятий, отделов и т.д. Такие системы характерны для ранних стадий информатизации. Их отличительными чертами являются:
1) ориентация на конкретный перечень задач;
2) относительно небольшие объемы накапливаемых и обрабатываемых данных;
3) слабая степень унификации и стандартизации.
Основное преимущество подобных систем – это относительно невысокая стоимость и короткий период разработки и внедрения. Главный недостаток – слабая приспособленность к интеграции отдельных систем для совместного использования данных различными категориями пользователей.
Учрежденческие (офисные) информационные системы. Создаются в рамках одного предприятия, учебного заведения, научно-исследовательского учреждения. Материальную основу таких систем составляют локальные компьютерные сети. Учрежденческие информационные системы строятся на основе баз данных и проектируются как интегрированные комплексные образования. Они позволяют хранить и обрабатывать огромные объемы информации, наращивать перечень решаемых в системе задач. Это достигается существенным увеличением сроков разработки и внедрения.
Проектирование этих систем ведется фактически с нуля, если не считать редких случаев объединения отдельных персональных систем в учрежденческую. Однако такие попытки нечасто бывают успешными.
Ведомственные (корпоративные) информационные системы. Являются развитием учрежденческих и строятся на их основе. Техническую часть таких систем составляют ассоциации (объединения) локальных сетей. Технологический аспект реализуется с помощью распределенных баз данных. Примерами могут выступать информационные системы группы предприятий, территориальных административных органов, родственных и смежных учебных заведений и др.
Эти системы разрабатываются как надстройки над уже созданными или проектируемыми учрежденческими и наследуют все достоинства и недостатки последних. При этом основной задачей, решаемой при построении ведомственных систем, является обеспечение информационного сопряжения относительно самостоятельных учрежденческих систем. Учитывая тот факт, что комплексы технических и программных средств учрежденческих систем в существенной степени унифицированы, а современные телекоммуникационные технологии предоставляют широкий спектр средств и методов сопряжения, разработка ведомственных систем не встречает принципиальных затруднений, однако требует значительных вложений и ресурсов.
Глобальные информационные системы. Наиболее известной из них является Internet. В настоящее время интересным и полезным является накопление опыта использования технологии Internet для дальнейшего применения наработок, имеющихся в этой сети для построения региональных, национальных или межнациональных информационных систем.
По характеру организации данных различают информационные системы файловой структуры, системы, строящиеся на основе баз данных, и системы, использующие гиперсреды.
Системы файловой структуры предполагают использование файла в качестве основной информационной единицы. При обращении к требуемой информации пользователь обязан самостоятельно указать имя файла и определить путь доступа к нему. Затем с помощью прикладной программы (например, текстового или графического редактора) необходимо выбрать и обработать произвольную порцию данных из файла.
Файловые информационные системы просты в организации и интуитивно понятны даже пользователям невысокой квалификации. Однако на этом достоинства таких систем заканчиваются. Характер размещения файлов во внешней памяти определяет исключительно пользователь и вручную осуществляет доступ к файлу. Такие системы слабо структурированы. Для обработки файлов каждого типа необходимы свои прикладные программы. Связывание разнотипных данных требует довольно высокой квалификации пользователя. Наблюдается неоправданное дублирование информации.
Поэтому файловые структуры используются только для построения примитивных информационных систем, когда фактор времени их создания является решающим, пользователи хорошо подготовлены, а существенное развитие самой информационной системы не предполагается.
Системы, основанные на концепции баз данных, в наибольшей степени отвечают современным требованиям по построению большинства информационных систем. Названная концепция отличается высоким универсализмом и пригодна для создания систем различных типов – от персональных до глобальных.
Системы, использующие гиперсреды, позволяют хранить большие объемы разнородной информации (текстовой, графической, аудио- и видео-), различные единицы которой связаны при помощи ссылок. Примером такой системы является Всемирная паутина – World Wide Web (WWW).
По функциональному назначению можно выделить огромное количество информационных систем. Но с самых общих позиций их можно разделить на два класса:
1) специализированные, такие как кадровые, финансовые (бухгалтерские), банковские, биржевые, резервирования авиа- и железнодорожных билетов и т.д. Они разрабатываются с целью информационной поддержки решения задач в конкретной сфере деятельности.
2) комплексные. Они предназначаются для использования в смежных областях. Позволяют накапливать, хранить и обрабатывать разнообразную информацию. Примерами могут служить информационные системы предприятий, учебных заведений и т.д.
Приведенная классификация не претендует на полноту. Перечень классификационных признаков остается открытым. Однако подобное относительно полное и разностороннее рассмотрение основных типов систем дает определенное понимание их сущности и некоторых аспектов функционирования.
2. Задачи, решаемые информационными системами
Конкретные задачи, которые должны решаться информационной системой, зависят от той прикладной области, для которой предназначена система. Как известно, области применения информационных систем разнообразны. Трудно найти сферу деловой активности, в которой можно было бы обойтись без использования информационных систем. Но в то же время, очевидно, что конкретные задачи, которые решаются банковскими информационными системами, отличаются от задач, для решения которых создаются информационные системы медицинских учреждений.
Можно выделить некоторое количество задач, не зависящих от специфики прикладной области. Естественно, что такие задачи связаны с общими чертами информационных систем.
Прежде всего, бесспорным является мнение о том, что наиболее существенным является сохранение информации, которая долго накапливается и утрата которой невосполнима. Уровень надежности и продолжительность хранения информации во многом определяется конкретными требованиями управленческого персонала к информационной системе.
Следующей задачей, которую должно выполнять большинство информационных систем, – это хранение данных, обладающих разными структурами. Трудно представить себе более или менее развитую информационную систему, которая работает с одним однородным файлом данных. Более того, разумным требованием к информационной системе, является возможность ее развития. Могут появиться новые функции, для выполнения которых потребуются дополнительные данные с новой структурой. При этом вся ранее накопленная информация должна сохраниться.
Если говорить о коллективных (учрежденческих или ведомственных) информационных системах, то их наличие предполагает возможность обращения к системе с нескольких рабочих мест. Некоторые из пользователей изменяют содержимое базы данных (вводят, обновляют, удаляют данные). Другие выполняют операции, связанные с выборкой данных из базы. Третьи делают и то, и другое. Вся проблема состоит в том, что такая коллективная работа должна проводиться согласованно, и желательно, чтобы согласованность действий обеспечивалась автоматически. Тогда все результаты, получаемые от информационной системы, будут достоверны и непротиворечивы.
В коллективных информационных системах по вполне естественным причинам часто возникает потребность в распределенном хранении общей базы данных. Например, разумно хранить некоторую часть информации как можно ближе к тем рабочим местам, где она чаще всего используется. По этой причине при построении информационной системы приходится решать задачу распределения данных в сети и согласованного управления ими.
И, наконец, еще один класс задач относится к обеспечению удобного и соответствующего целям информационной системы пользовательского интерфейса. На первый взгляд упомянутая задача кажется не очень существенной. Можно полагать, что если информационная система выполняет полный набор функций, то пользователи должны быть удовлетворены. На самом деле это не так. Пользователи часто судят о качестве системы в целом, исходя из качества ее интерфейса в том числе. Более того, эффективность использования системы в определенной степени зависит от качества интерфейса, что и делает упомянутую задачу весьма важной.
3. Проблемы построения и использования информационных систем
Накопленный опыт построения и использования информационных систем позволяет обозначить ряд проблем. Довольно условно их можно разделить на проблемы организационного и технического характера. Граница между этими типами проблем в определенной степени динамична.
К числу основных организационных проблем можно отнести следующие.
1. Определение структуры информационной системы, реализуемых ею функций, оптимального количества хранимой и обрабатываемой информации.
Структура информационной системы должна соответствовать структуре метасистемы. Это соответствие не следует понимать как топологическое равенство. Речь идет о том, что все пользователи должны иметь полноценный доступ (в пределах своих полномочий) к системе, а решаемые ими задачи должны быть обеспечены всеми видами ресурсов (технических, программных, информационных и др.).
Информационная система должна разрабатываться и внедряться поэтапно. Первоначальной реализации подлежат наиболее простые и хорошо формализуемые функции. По мере освоения и наращивания системы на нее должны возлагаться функции повышенной сложности.
Для функционирования информационной системы одинаково вредны как недостаток, так и избыток информации. Данные должны адекватно отображать состояние предметной области, в которой используется система, дублирование должно быть обоснованным и рассчитанным только на улучшение показателей эффективности функционирования информационной системы.
2. Обслуживание пользователей различных категорий.
Средства построения информационных систем уже в настоящее время позволяют пользователям иметь определенную свободу пространственного положения при работе с системой. Достаточно упомянуть переносные и карманные компьютеры, беспроводный доступ к сетям по радиоканалам и системам сотовой телефонной связи. В то же время только наличие названных средств само по себе не решает проблему. Необходима разработка специальных методов управления информацией в динамике функционирования системы с тем, чтобы пользователь не ощущал дискомфорта при изменении места подключения.
3. Обеспечение эффективного доступа пользователей к информации.
Характеристики информационной системы и показатели эффективности функционирования должны определяться требованиями, предъявляемыми к метасистеме. Это диктует необходимость разработки специальных методик, которые должны использоваться как при проектировании информационной системы, так и при ее применении по назначению. Рассматриваемая проблема относится к числу трудно формализуемых и должна решаться совместно заказчиками и разработчиками информационной системы.
4. Обеспечение безопасности хранения и обработки данных в информационной системе, разграничение доступа к данным пользователей различных приоритетов.
Во многих государственных, муниципальных и коммерческих информационных системах хранится конфиденциальная информация, доступ к которой строго регламентирован. Пользователи должны получать информацию только в пределах своих полномочий, а попытки несанкционированного доступа следует немедленно выявлять и пресекать. Рассматриваемая проблема приобретает особую важность в условиях информационного противоборства, когда конкурент использует разнообразные средства: компьютерные вирусы, программные и аппаратные закладки и др. Проблема защиты информации должна решаться как на организационном, так и на техническом уровне. Решение не может быть разовым, необходим комплексный подход на всех этапах разработки и эксплуатации информационной системы.
Среди технических проблем особого внимания заслуживают следующие.
1. Разработка специального (прикладного) и общесистемного программного обеспечения.
Особую значимость имеет прикладное программное обеспечение, так как именно этот компонент выступает конечным продуктом формализации задач предметной области. Прикладное обеспечение должно базироваться на концепции комплекса задач, то есть представлять собой множество связанных по данным задач. В этом случае осуществляется своевременное и адекватное обновление данных в системе для их многоаспектного использования.
2. Формализация процесса проектирования информационной системы и разработка средств и методов реализации отдельных этапов этого процесса.
Сам процесс проектирования информационной системы является многоэтапным и итеративным. Отдельные его стадии хорошо формализуемы и для их реализации разработаны методы и средства компьютерной поддержки (например, CASE-технология). Некоторые этапы, в частности, определение информационной потребности, формализуются слабо, и приходится полностью полагаться только на опыт заказчика системы и мастерство разработчика. Все это говорит об остроте названной проблемы.
3. Разработка устройств хранения информации, обладающих большой емкостью, малым временем доступа, низкой стоимостью и высокой надежностью хранения данных.
В последние 15-20 лет традиционным запоминающим устройством является накопитель на жестких магнитных дисках типа «винчестер». Прогресс в развитии этих устройств очевиден: на сегодняшний день емкость винчестера составляет уже десятки и сотни гигабайт (миллиардов байт) при относительно невысокой стоимости (около $100). Прогнозируется дальнейший прогресс этих накопителей, однако в скором времени может наступить предел их возможностей, связанный с требованиями законов физики (при превышении поверхностной плотности записи сверх определенного предела магнитные поля становятся нестабильными). Положение осложняется тем, что для некоторых информационных систем потребная емкость запоминающих устройств должна составлять тысячи миллиардов байт (терабайты) и здесь винчестеры явно пасуют.
Вполне возможно, что будущее за лазерными технологиями, тем более что успехи в развитии компакт-дисков и DVD-дисков весьма впечатляющи. Следующим шагом, скорее всего, станет и практическое применение голографии для построения устройств памяти.
4. Разработка унифицированных протоколов обмена данными между различными информационными системами.
Сопряжение неоднородных систем – непростая задача. Многие информационные системы, разрабатывавшиеся в разное время, построены на разнотипной технике, оперируют разнородными форматами данных. Согласовать работу таких систем, заставить их общаться между собой незаметно для пользователей позволит стандартизация и унификация межсистемных протоколов.
5. Построение высокоскоростных каналов межмашинной связи.
Актуальность этой проблемы не вызывает сомнения. Заметим, что особую значимость эта проблема имеет для ведомственных и глобальных систем. В учрежденческих системах высокие скорости обмена данными достигаются построением скоростных локальных компьютерных сетей.
6. Разработка методов синхронизации запросов множества пользователей на выборку и обновление данных в информационной системе.
Эта проблема не нова, и разработано большое количество методов, которые позволяют оставлять информационную базу в непротиворечивом состоянии при обращении к ней множества пользователей (например, метод двухфазной фиксации, метод временных меток и т.д.). Тем не менее, работу нельзя считать завершенной, поскольку каждый метод обладает определенными недостатками и ориентирован на конкретные случаи применения.
Вероятно, названный перечень проблем может быть дополнен. Естественно, что со временем будут полностью решены некоторые из названных проблем и обозначатся новые, доныне неизвестные. Их поэтапное решение обеспечит эволюционное развитие информационных систем.