Контрольные вопросы

1. Какова основная структура информационных сетей?

2. Каковы основные модели информационных сетей?

3. Назовите ключевые информационные ресурсы сетей.

4. Раскройте теоретические основы современных информационных сетей.

5. В чем состоит национальный информационный ресурс?

6. Каковы информационные ресурсы по форме собственности в России?

7. Назовите информационные ресурсы по способу организации хранения и использования.

8. Каковы элементы интегрированных систем обработки данных?

Глава 10. Методы и средства проектирования информационных систем и технологий

10.1. Технология проектирования информационных систем. Этапы проектирования

Обычно [10, 15, 37] выделяют следующие этапы создания информационной системы: формирование и обоснование требований к системе, проектирование, реализация (программирование), тестирование, ввод в действие (внедрение), эксплуатация и сопровождение. Одним из ключевых этапов для дальнейшего функционирования ИС является её проектирование.

Объектами проектирования являются отдельные элементы и комплексы, входящие в функциональную часть ИС. Декомпозиция функциональной части системы на подсистемы может осуществляться по различным признакам: по сферам деятельности, по используемым ресурсам, по функциям управления (планирование, учёт, контроль, регулирование), по бизнес-процессам (либо автоматизируемым информационным процедурам).

Интеграция функциональных подсистем в единую систему достигается с помощью обеспечивающих подсистем:

1) подсистемы организационного обеспечения, определяющей структуру управления ИС и распределение должностных обязанностей между её пользователями;

2) подсистем внемашинного информационного обеспечения, включающего системы кодирования и классификации информации и систему документации, и внутримашинного информационного обеспечения, включающего пользовательский интерфейс, базы данных и знаний;

3) подсистемы программного обеспечения, включающей языковые средства программирования, средства диалога с системой;

4) подсистемы технического обеспечения, состоящей из средств вычислительной и телекоммуникационной техники.

На этапе проектирования формируются модели данных на основе результатов анализа моделируемой системы. Одновременно описываются и формализуются процессы, происходящие в моделируемой системе, для того чтобы определить состав модулей ИС, их функционал и связи между ними.

Сам процесс проектирования ИС базируется на следующих основополагающих принципах проектирования ИС [10]:

1. Принцип «разделяй и властвуй» – более сложные задачи следует разбивать на всё более мелкие и простые для решения.

2. Принцип иерархического упорядочивания – при декомпозиции системы на более мелкие части необходимо упорядочивать их связи в виде иерархического дерева.

3. Принцип формализации – необходимо применять математические методы для однозначной оценки количественных связей.

4. Принцип абстрагирования – нужно выделять наиболее существенные и характерные аспекты системы, отбрасывая несущественное, с целью упрощения понимания её цели и связей.

5. Принцип непротиворечивости – элементы системы должны быть согласованы и обоснованы.

6. Принцип «упрятывания» несущественной для конкретного этапа информации.

7. Принцип концептуальной общности – нужно следовать структурному подходу при проектировании, разработке и тестировании информационной системы.

8. Принцип структурирования данных – данные в базе данных ИС должны быть структурированы и организованы.

9. Принцип полноты – в систему должны входить лишь необходимые, не лишние элементы.

10. Принцип логической независимости – при проектировании информационной системы следует воспроизводить логические связи в реальной системе, а не её физическую структуру.

11. Принцип независимости данных – проектирование моделей данных должно осуществляться независимо от информационных процедур их обработки.

12. Принцип доступа конечного пользователя – в системе должен быть создан интерфейс для работы с ИС конечного пользователя без навыков программирования.

Соблюдение перечисленных принципов позволяет избежать наиболее распространенных ошибок при проектировании информационной системы, снизить затраты на создание ИС и в значительной мере обеспечить успешную реализацию проекта информационной системы.

Проект информационной системы представляет собой совокупность проектной документации, в которой представлено описание проектных решений по созданию и эксплуатации ИС.

В результате проектирования должны быть получены:

1. схема базы данных, лежащей в основе ИС;

2. описание модулей ИС (их спецификация);

3. архитектура ИС, описывающая платформу системы, используемые операционные системы, количество уровней системы, типы баз данных и т. п.

В целях создания эффективной информационной системы её проектирование должно проводиться на основе специальной технологии проектирования ИС, отвечающей существующим стандартам разработки ИС.

Технология проектирования информационной системы – это упорядоченный в логической последовательности набор методических приёмов, проектировочных методов и технических средств, направленных на реализацию общей концепции создания проекта информационной системы.

Выделяют две основных технологии проектирования ИС, отличающиеся степенью компьютерной поддержки процесса проектирования: каноническую и индустриальную технологии проектирования.

Каноническая технология проектирования предполагает использование инструментальных средств универсальной компьютерной поддержки и предназначена для создания индивидуальных (оригинальных) проектов ИС. При этом адаптация проектных решений возможна лишь путём перепрограммирования соответствующих программных модулей.

Технологии индустриального проектирования используют инструментальные средства специальной компьютерной поддержки, применяются для разработки проектов сложных интегрированных ИС, и подразделяются на типовые и автоматизированные технологии проектирования.

Типовое проектирование использует проверенные на практике типовые проектные решения, а отдельные модули ИС адаптируются к моделируемой системе. Это приводит к сокращению сроков и финансовых затрат на проектирование. По характеру адаптации типовые проектные решения можно разделить на параметрически-ориентированные (при адаптации меняются параметры работы модуля) и модельно-ориентированные (при адаптации изменяется сама структура модуля).

Автоматизированное проектирование основано на индивидуальном подходе к проектированию системы, но использует специальные средства компьютерной поддержки проектирования для его автоматизации, что обеспечивает сокращение сроков и стоимости проектирования. В зависимости от метода декомпозиции ИС, выбранного при проектировании, различают функционально-ориентированные (элементом системы является отдельная функция) и объектно-ориентированные (элементом системы является структурное подразделение) технологии автоматизированного проектирования.

Здесь мы рассмотрим каноническую технологию проектирования, наиболее полно отражающую все стадии процесса проектирования ИС, а технологии индустриального проектирования, требующие применения специальных программных средств проектирования (так называемых CASE-средств), опишем в параграфе «Средства проектирования ИС».

Каноническое проектирование подразумевает прохождение всех этапов технологии проектирования согласно ГОСТ 34.601-90 «Информационные технологии. Комплекс стандартов на АС. АС. Стадия создания»:

1. формирование требований к АС (автоматизированной системе),

2. разработка концепции АС,

3. техническое задание,

4. эскизный проект,

5. технический проект,

6. рабочая документация,

7. ввод в действие,

8. сопровождение АС.

Согласно канонической технологии проектирования ИС, непосредственно процесс проектирования информационной системы должен предваряться предпроектным обследованием предметной области, в которой будет функционировать информационная система, в ходе которого будут выявлены характеристики объекта автоматизации (например, организации, предприятия, отдела, функционального подразделения – не обязательно выделенного в отдельную структурную единицу) и деятельности в нем, информационные потоки и связи, требования к функционалу ИС.

Ключевым понятием в предпроектном исследовании является понятие информационной модели – описания информационных потоков, определяющих содержание деятельности на объекте автоматизации. Построение информационной модели объекта автоматизации требует исследования всех информационных потоков внутри объекта автоматизации и между ним и внешней средой.

На первом этапе определяется требуемый состав выходных данных, получаемых в результате обработки информации в ИС. Он обуславливается потребностями заказчика, которые должен удовлетворить функционал системы. Исходя из этого, формируются логические группы выходных данных, объединяемые в документы.

На втором этапе определяются информационные процедуры, которые должны привести к получению требуемых выходных данных. Каждая информационная процедура реализует некоторый механизм (алгоритм) переработки входной информации. Различают три типа информационных процедур по степени определённости и неизменности алгоритмов переработки информации:

1. Полностью формализуемые информационные процедуры, в которых алгоритм переработки информации неизменен и полностью определён. Такие процедуры легко автоматизировать в ИС.

2. Плохо формализуемые информационные процедуры, в которых алгоритм переработки информации может изменяться и не полностью определён. Такие процедуры даже при включении в ИС требуют принятия экспертных решений пользователем.

3. Неформализуемые информационные процедуры, при которых алгоритм переработки исходной информации неизвестен. Результатом выполнения такой процедуры является уникальная информация, получение которой посредством обычных ИС без использования искусственного интеллекта либо работы пользователя–эксперта невозможно.

Информационная модель определяется как совокупность информационных процедур и связей между ними [10].

Таким образом, информационная модель полностью формализуемой информационной процедуры является наиболее простой, поэтому при проектировании ИС следует стараться выявить такие процедуры и определить заложенные в них функциональные взаимосвязи.

При формировании моделей плохо формализуемых информационных процедур необходимо добавлять условия, при которых алгоритм переработки информации изменяется, и закладывать все возможные его вариации.

Что касается моделей неформализуемых информационных процедур, их автоматизация требует предварительного уточнения у пользователя–эксперта всей необходимой исходной информации, которая будет предоставляться ему информационной системой для дальнейшей переработки.

В результате предпроектного обследования должны быть сформулированы требования к ИС, её концепция и получено технико-экономическое обоснование ИС и техническое задание на создание ИС.

Проектирование информационной системы должно осуществляться с учётом заданных требований к информационной системе. Ключевыми требованиями являются:

1. Системный подход к созданию ИС. Согласно теории систем все составные части системы должны быть согласованы между собой по цели и назначению, содержанию и формам входных и выходных документов, используемым критериям эффeктивности, структуре и содержанию информационной базы, принципам защиты обрабатываемой информации.

2. Система должна быть декомпозирована на ряд модулей (функциональных и обеспечивающих подсистем) в целях как упрощения доработки и совершенствования системы, так и повышения устойчивости системы к сбоям в работе.

3. Обеспечение безопасности обрабатываемой и хранящейся в системе информации. При этом следует обезопасить информацию не только от несанкционированного доступа, но и от возможности её искажения и потери в процессе обработки.

Разработка концепции ИС включает разработку нескольких вариантов системы и выбор оптимального на основе расчёта ожидаемой экономической эффективности и оценки научно-технического уровня систем.

Технико-экономическое обоснование (ТЭО) создания ИС включает:

• обоснование состава функциональных задач, решаемых системой;

• требования к обеспечивающим подсистемам;

• выбор технологии проектирования (каноническая или индустриальная);

• предварительную оценку экономической эффективности ИС.

Техническое задание (ТЗ) на ИС включает задания на проектирование функциональной части ИС и обеспечивающих подсистем.

Последовательность непосредственно проектировочных работ при каноническом проектировании ИС принято разбивать на два основных этапа:

1. эскизное и техническое проектирование;

2. рабочее проектирование.

При этом проектированием в чистом виде является именно первый этап, включающий разработку сначала приближенного эскиза проекта ИС, а затем непосредственно технического проекта ИС.

Этап эскизного и технического проектирования начинается от получения технического задания (ТЗ) на разработку ИС, устанавливающего основное назначение, технические характеристики и требования к ИС, порядок и сроки её разработки.

В ходе эскизного проектирования выполняются следующие работы:

1. формулирование принципов построения ИС;

2. выбор аппаратной платформы и состава программных средств, используемых в ИС;

3. разработка последовательности выполнения работ при функционировании ИС (алгоритма её действий);

4. определение направлений и форм информационных потоков между элементами системы;

5. выбор программных средств и языков программирования для создания ИС;

6. формализация количественных связей между элементами системы;

7. оценка возможности выполнения требований к проектируемой ИС.

Этап технического проектирования включает:

1. детализацию порядка функционирования отдельных модулей в составе ИС;

2. проектирование и создание баз данных ИС.

Результатом этих этапов проектирования будет технический проект информационной системы, при разработке которого проведена алгоритмизация задач системы, проектирование организационного, информационного и технического обеспечения.

Однако в целом проектирование на этом не заканчивается, и на этапе рабочего проектирования осуществляются экспериментальная проверка и отладка разработaнных алгоритмов, подготовка документации по созданной ИС. В ходе проверки определяются достоверность результатов работы системы, оперативность их получения, надёжность системы и удобство пользования ею. Рабочий проект содержит документацию, касающуюся формирования программного обеспечения, монтажа технических средств, а также технологические инструкции, предназначенные для пользователей на каждом автоматизированном рабочем месте.

Одним из ключевых понятий при создании информационных систем является понятие жизненного цикла программного обеспечения информационной системы[44].

Жизненный цикл программного обеспечения (ЖЦ ПО) – это непрерывный процесс, начинающийся с момента принятия решения о создании программного обеспечения и заканчивающийся в момент полного изъятия его из эксплуатации.

Существуют различные стандарты описания жизненного цикла: отечественные ГОСТы, в которых выделяются отдельные стадии ЖЦ ПО, такие как создание, проектирование, внедрение, эксплуатация, и международные, основанные на процессном описании. Согласно международным стандартам, ЖЦ ПО включает три группы процессов:

1. Основные:

• приобретение;

• поставка;

• разработка;

• эксплуатация;

• сопровождение.

2. Вспомогательные:

• документирование (формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО);

• управление конфигурацией (определение состояния компонентов ИС, управления её модификациями);

• обеспечение качества;

• верификация (определение того, что ПО удовлетворяет требованиям);

• аттестация (определение соответствия заданных требований и созданной системы их функциональному назначению);

• оценка состояния работ по проекту;

• аудит (определение соответствия требованиям, планам и условиям договора);

• решение проблем, обнаруженных в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов.

3. Организационные:

• управление;

• создание инфраструктуры (выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО);

• усовершенствование (оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ);

• обучение персонала.

Последовательность выполнения различных процессов при создании информационной системы определяется моделью жизненного цикла. Модель жизненного цикла — структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Её выбор зависит от особенностей, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых информационная система создаётся и функционирует.

Выделяют три основных модели ЖЦ:

1. Каскадная модель жизненного цикла предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке; переход на следующий этап осуществляется при условии полного завершения работ на предыдущем этапе. Эта модель включает следующие этапы: формирование требований к ИС; проектирование; реализация; тестирование; ввод в действие; эксплуатация и сопровождение.

2. Итерационная модель (поэтапная модель с промежуточным контролем) – это усовершенствованный вариант каскадной модели, когда после каждого этапа осуществляется корректировка работ на предыдущих этапах с учётом новых требований и особенностей, выявленных на последнем этапе.

3. Спиральная модель основана на неоднократном повторении всех этапов ЖЦ с постепенным приближением к требуемому варианту. Каждая итерация (виток спирали) соответствует созданию фрагмента или версии ИС, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации. Это наиболее новая модель, характеризующаяся рядом преимуществ:

• возможностью накопления и повторного использования программных средств, моделей и прототипов;

• постоянным развитием и модификацией ПО при его проектировании;

• возможностью прекращения работ при достижении лимита издержек и при этом получения более или менее удовлетворительного результата (последней версии ИС).

Знание процессов, входящих в жизненный цикл ПО информационной системы, помогает учесть при проектировании важнейшие аспекты будущего функционирования ИС.