10. Информационное обеспечение ис. Базы данных

Информационное обеспечение ИС является средством для решения следующих задач:

• однозначного и экономичного представления информации в системе (на основе кодирования объектов);

• организации процедур анализа и обработки информации с учетом характера связей между объектами (на основе классификации объектов);

• организации взаимодействия пользователей с системой (на основе экранных форм ввода-вывода данных);

• обеспечения эффективного использования информации в контуре управления деятельностью объекта автоматизации (на основе унифицированной системы документации).

Информационное обеспечение ИС включает два комплекса: внемашинное информационное обеспечение (классификаторы технико-экономической информации, документы, методические инструктивные материалы) и внутримашинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных).

К информационному обеспечению предъявляются следующие общие требования:

• информационное обеспечение должно быть достаточным для поддержания всех автоматизируемых функций объекта;

• для кодирования информации должны использоваться принятые у заказчика классификаторы;

• для кодирования входной и выходной информации, которая используется на высшем уровне управления, должны быть использованы классификаторы этого уровня;

• должна быть обеспечена совместимость с информационным обеспечением систем, взаимодействующих с разрабатываемой системой;

• формы документов должны отвечать требованиям корпоративных стандартов заказчика (или унифицированной системы документации);

• структура документов и экранных форм должна соответствовать характеристиками терминалов на рабочих местах конечных пользователей;

• графики формирования и содержание информационных сообщений, а также используемые аббревиатуры должны быть общеприняты в этой предметной области и согласованы с заказчиком;

• в ИС должны быть предусмотрены средства контроля входной и результатной информации, обновления данных в информационных массивах, контроля целостности информационной базы, защиты от несанкционированного доступа.

Информационное обеспечение ИС можно определить как совокупность единой системы классификации, унифицированной системы документации и информационной базы

Внемашинное ИО – это совокупность всех документированных сведений и сообщений, используемых в системе. Оно включает систему классификации и кодирования информации, фонд условно-постоянных данных БУ, системы входной и выходной документации.

Цель кодирования – представить информацию в наиболее компактной и удобной форме.

Классификация – это разбиение множества объектов на подмножества по их сходству или различию в соответствии с принятыми методами.

Объект классификации – это элемент классифицируемого множества.

Признак классификации – это свойство или характеристика объекта, по которой производится классификация.

Аспект классификации – точка зрения , характеризуемая определенным признаком или их совокупность, с которой рассматриваются классифицируемые объекты.

Различают иерархическую и фасетную системы классификации.

Иерархическая система классификации – это разбиение множества объектов на подмножества, классов на подклассы и т.д., при котором между подмножествами устанавливаются отношения соподчинения. Характерным признаком иерархической системы является деление каждой группировки на более мелкие образования только по одному признаку.

Достоинства:

• логичность;

• простота построения;

• возможность создания легкозапоминаемых кодов;

Недостаток:

• жесткость структуры.

Фасетная система классификации, в которой применяется параллельное разбиение множества объектов на независимые классификационные группировки по различным признакам.

Фасет – это аспект классификации, используемый при образовании независимой классификационной группировки.

Методом комбинации различных признаков, взятых из разных фасет, образуют группировки, соответствующие постановке задач. Фасеты и значение их признаков для каждого кодируемого множества объектов определяется в виде таблицы (по вертикали – фасеты, по горизонтали – группировки признаков).

Пример, классификация работников централизованной бухгалтерии. Классификацию произвести по четырем независимым признакам. Необходимо образовать группировку, выявить на участке учета товаров старшего бухгалтера со стажем 15 лет.

Внутримашинное информационное обеспечение включает в себя все виды специально организованной информации, представленной в форме воспринимаемой техническими средствами компьютерной информационной системы управления. По содержанию внутримашинное информационное обеспечение являет собой совокупность сведений, представленных формализованно и используемых при решении задач в управлении.

Основной формой организации информации на машинных носителях является база данных (БД) под управлением системы управления базой данных (СУБД). Как правило, БД является интегрированным представлением данных многоцелевого использования, хранит данные, которые обеспечивают решение комплекса взаимосвязанных задач. В отдельных случаях используются «изолированные» массивы информации на машинных носителях, которые создаются и обслуживаются вне СУБД в прикладных программах. СУБД предоставляет интерфейс для работы пользователя с БД. Все операции с данными БД выполняет СУБД (объявление структуры базы данных, ввод, поиск, корректировка, удаление данных). БД может быть централизованной (храниться в одном компьютере) или распределенной в сети (храниться в нескольких компьютерах). В настоящее время получили наибольшее применение следующие СУБД:

    БД масштаба крупных предприятий (корпоративные БД): Oracle, Informix, SQL-Server, DB2 и др.

    БД масштаба функциональных подсистем, комплексов задач, создания промежуточного уровня обработки в больших ИС: Access, dBase, Paradox, FoxPro, Clipper и др.

    БД отдельных задач ИС.

БАЗЫ ДАННЫХ

Ба́за да́нных — представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчётов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260).

Другие определения из авторитетных монографий и стандартов:

База данных — организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

База данных — совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.

База данных — некоторый набор перманентных (постоянно хранимых) данных, используемых прикладными программными системами какого-либо предприятия.

База данных — совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации.

Наиболее часто используются следующие отличительные признаки:

- БД хранится и обрабатывается в вычислительной системе.

Таким образом, любые внекомпьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки, картотеки и т. п.) базами данных не являются.

- Данные в БД логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе.

- Структурированность подразумевает явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизацию элементов и связей, при которой с типом элемента (связи) соотносится определённая семантика и допустимые операции.[6]

- БД включает метаданные, описывающие логическую структуру БД в формальном виде (в соответствии с некоторой метамоделью).

В соответствии с ГОСТ Р ИСО МЭК ТО 10032-2007, «постоянные данные в среде базы данных включают в себя схему и базу данных. Схема включает в себя описания содержания, структуры и ограничений целостности, используемые для создания и поддержки базы данных. База данных включает в себя набор постоянных данных, определенных с помощью схемы. Система управления данными использует определения данных в схеме для обеспечения доступа и управления доступом к данным в базе данных».[2]

Из перечисленных признаков только первый является строгим, а другие допускает различные трактовки и различные степени оценки. Можно лишь установить некоторую степень соответствия требованиям к БД.

В такой ситуации не последнюю роль играет общепринятая практика. В соответствии с ней, например, не называют базами данных файловые архивы, Интернет-порталы или электронные таблицы, несмотря на то, что они в некоторой степени обладают признаками БД. Принято считать, что эта степень в большинстве случаев недостаточна (хотя могут быть исключения).

Классификация по модели данных

Иерархическая (дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д. Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.)

Сетевая (Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию)

Реляционная (модель является логической, то есть отношения являются логическими (абстрактными), а не физическими (хранимыми) структурами;

для реляционных баз данных верен информационный принцип: всё информационное наполнение базы данных представлено одним и только одним способом, а именно — явным заданием значений атрибутов в кортежах отношений; в частности, нет никаких указателей (адресов), связывающих одно значение с другим;

наличие реляционной алгебры позволяет реализовать декларативное программирование и декларативное описание ограничений целостности, в дополнение к навигационному (процедурному) программированию и процедурной проверке условий.)

Объектная и объектно-ориентированная (данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов)

Объектно-реляционная

Функциональная.

Классификация по среде постоянного хранения

- Во вторичной памяти, или традиционная (англ. conventional database): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) — как правило жёсткий диск.

- В оперативную память СУБД помещает лишь кеш и данные для текущей обработки.

- В оперативной памяти (англ. in-memory database, memory-resident database, main memory database): все данные на стадии исполнения находятся в оперативной памяти.

- В третичной памяти (англ. tertiary database): средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило на основе магнитных лент или оптических дисков.

- Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кеш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.

Классификация по содержимому

Географическая

Историческая

Научная

Мультимедийная.

Классификация по степени распределённости

Централизованная, или сосредоточенная (англ. centralized database): БД, полностью поддерживаемая на одном компьютере.

Распределённая (англ. distributed database): БД, составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.

Неоднородная (англ. heterogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД

Однородная (англ. homogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.

Фрагментированная, или секционированная (англ. partitioned database): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование), вертикальное или горизонтальное.

Тиражированная (англ. replicated database): методом распределения данных является тиражирование (репликация).

Другие виды БД

Пространственная (англ. spatial database): БД, в которой поддерживаются пространственные свойства сущностей предметной области. Такие БД широко используются в геоинформационных системах.

Временная, или темпоральная (англ. temporal database): БД, в которой поддерживается какой-либо аспект времени, не считая времени, определяемого пользователем.

Пространственно-временная (англ. spatial-temporal database) БД: БД, в которой одновременно поддерживается одно или более измерений в аспектах как пространства, так и времени.

Циклическая (англ. round-robin database): БД, объём хранимых данных которой не меняется со временем, поскольку в процессе сохранения данных одни и те же записи используются циклически.

Сверхбольшая база данных (англ. Very Large Database, VLDB) — это база данных, которая занимает чрезвычайно большой объём на устройстве физического хранения. Термин подразумевает максимально возможные объёмы БД, которые определяются последними достижениями в технологиях физического хранения данных и в технологиях программного оперирования данными.

Количественное определение понятия «чрезвычайно большой объём» меняется во времени; в настоящее время считается, что это объём, измеряемый по меньшей мере петабайтами. Для сравнения, в 2005 г. самыми крупными в мире считались базы данных с объёмом хранилища порядка 100 терабайт.

Один из основных принципов создания баз данных заключается в том, что на основе информационной системы должна строиться конкретизированная модель для информационного обслуживания специалистов.

В настоящее время разработано значительное количество разнообразных моделей баз данных. В большинстве случаев используется реляционная модель, когда данные представляются в виде совокупности таблиц, над которыми могут выполняться операции.

Проектирование базы данных – одна из наиболее ответственных и трудных задач, связанных с созданием информационной системы. В результате ее решения должны быть определены и содержание базы данных, и эффективный способ ее организации, и инструментальные средства управления данными, которые будут применяться в создаваемой системе.

Процесс проектирования базы данных должен включать следующие этапы:

1. Инфологическое проектирование, т.е. определение предметной области системы, позволяющее изучить информационные потребности будущих пользователей.

2. Определение требований к операционной обстановке, в которой будет функционировать информационная система.

3. Выбор СУБД и других инструментальных программных средств ее реализации.

4. Логическое проектирование базы данных.

5. Физическое проектирование базы данных.

Задача этапа логического проектирования базы данных заключается в разработке ее «логической» структуры в соответствии с инфологической моделью предметной области. На этом этапе создаются схемы базы данных на языках определения данных.

Этап физического проектирования базы данных требует поиска проектных решений, обеспечивающих эффективную поддержку построения «логической» структуры базы данных в среде ее хранения. На этом этапе решаются вопросы построения структуры хранимых данных, размещения хранимых данных в памяти, выбора эффективных методов доступа к различным компонентам «физической» базы данных. Описывается также отображение «логической» структуры базы данных в структуре хранения. Принятые на этом этапе проектные решения оказывают определяющее влияние на производительность информационной системы. Они документируются в форме схемы хранения на языке определения хранимых данных. Гораздо более сложный характер имеет проектирование распределенных баз данных.

На этапе инфологического проектирования необходимо, прежде всего, найти приемлемый вариант декомпозиции единой базы данных на «логические» фрагменты, которые будут размещаться в различных узлах сети с учетом требований специалистов и менеджеров.