Гайдамакин Н. А. 2 страница

Занесение данных в информационную систему заключает­ся в добавлении новых сведений и, при необходимости, их отож­дествлении, слиянии и установлении взаимосвязи новых дан­ных с ранее накопленными. Принципиальное значение при этом имеет вопрос идентификации новых данных с возможно уже имеющимися в системе.

Важным моментом при занесении новой информации яв­ляется также установление ее логической взаимосвязи с ранее введенными данными. В некоторых видах АИС (информаци­онно-поисковые) такая задача является одной из основных, так как позволяет искать и устанавливать не всегда очевидные свя­зи между информационными объектами и категориями сведе­ний информационной системы. Комплектование информацией в таких случаях неотделимо от обработки и выдачи информа­ции.

В информационных службах, обеспечивающих создание и эксплуатацию информационных систем, сбор и комплектова­ние информации осуществляют работники группы отбора («от­борщики», «индексаторы»), квалификация которых помимо ин­формационной должна включать также знание конкретной пред­метной области информационных систем.

Поиск и выдача данных включают установление специ­ального организационно-технологического порядка удовлетво­рения информационных потребностей абонентов информаци­онной системы в управленческой деятельности и технологи­ческих процессах.

Удовлетворение информационных потребностей осуществ­ляется через периодический плановый поиск и выдачу сведений, оповещение и обработку запросов, выполняемую организаци­онными структурами (СлДОУ, информационная служба), орга­низующими и эксплуатирующими информационную систему.

Периодический плановый поиск и выдача сведений осуще­ствляются в целях обеспечения процессов организации, пла­нирования и осуществления конкретного вида деятельности, т. е. в основном для информационного обеспечения организа­ционно-управленческой деятельности. Данного рода задачи включаются в функции и обязанности информационных, ин­формационно-аналитических и других информационно-обес­печивающих служб и заключаются, как правило, в формирова­нии и выдаче статистических и сводных данных по периоди­чески повторяющимся ситуациям в управленческой и производственной сфере.

Оповещение и обработка запросов представляют собой формы информационного обслуживания управленческих и про­изводственно-технологических структур. Оповещение может осуществляться в форме инициативно-сигнального оповещения, объектового и планово-периодического оповещения.

Объектовое оповещение обычно осуществляется через выдачу абонентам информационной системы любых новых дан­ных по определенному объекту, тематике, событию и т. п., по­являющихся в АИС из любых источников.

Планово-периодическое оповещение производится через выдачу абонентам всех новых данных, поступивших к опреде­ленному плановому сроку из всех источников в информацион­ную систему по определенному объекту, тематике, событию, проблеме.

Обработка запросов и выдача по ним сведений является одной из основных функций информационных служб. Данная деятельность регламентируется по вопросам инициирования, санкционирования и формы подачи запросов, форм и способов выдачи информации по запросам, учета запросов и т. д.

Поддержание целостности и сохранности информации, пересмотр, ревизия и отсеивание утратившей актуальность информации являются неотъемлемой функцией информацион­ных подразделений, создающих и поддерживающих информа­ционные системы. Данные задачи решаются категорией работ­ников, называемых администраторами АИС. Администрато­ры обеспечивают создание и поддержание банков данных АИС, организацию разграничения доступа к ним, защиту информа­ции от несанкционированного доступа (НСД), ее резервирова­ние и восстановление при разрушении или утрате ее целостно­сти вследствие преднамеренных и непреднамеренных воздей­ствий или ситуаций. Подобного рода задачи требуют высокой квалификации персонала и выполняются наиболее подготов­ленными информационными работниками.

Периодическая ревизия информации в банках данных АИС призвана проверить целостность (не нарушены ли внутренние взаимосвязи информационных объектов) и сохранность данных, а также удалить из АИС информацию, потерявшую свою акту­альность. Удаление информации из АИС, как и ее занесение в АИС, регламентируется специальными нормативно-инструктив­ными документами.

1.2. Структура и классификация информационных систем

В составе информационной системы можно выделить три подсистемы, представленные на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Состав и функциональные группы информационной си­стемы

Организационно-технологическая подсистема сбора информации обеспечивает отбор и накопление данных в информационную систему и включает совокупность источников информации, организационно-технологические цепочки отбо­ра информации для накопления в системе. Без правильно орга­низованной, оперативно и эффективно действующей организа­ционно-технологической подсистемы сбора информации невоз­можна эффективная организация функционирования всей информационной системы в целом.

Подсистема представления и обработки информации составляет ядро информационной системы и является отраже­нием представления разработчиками и абонентами системы структуры и картины предметной области, сведения о которой должна отражать информационная система. Подсистема пред­ставления и обработки информации является одним из наибо­лее сложных компонентов при разработке информационной си­стемы.

Нормативно-функциональная подсистема выдачи ин­формации определяет пользователей, или иначе абонентов, системы, реализует целевой аспект назначения и выполнения задач информационной системы.

Информационным ядром (информационным фондом) под­системы представления и обработки информации АИС, или, говоря иначе, внутренним носителем знаний о предметной об­ласти является база данных (БД). Понятие базы данных явля­ется центральным в сфере технологий автоматизированных ин­формационных систем. В справочной литературе по информа­тике приводится следующее определение базы данных — «совокупность данных, организованных по определенным пра­вилам, предусматривающим общие принципы описания, хра­нения и манипулирования данными, независимая от приклад­ных программ».* Нормативно-правовая трактовка понятия базы данных представлена в законе «О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных», согласно которому «база данных — это объективная форма представления и организации сово­купности данных (например, статей, расчетов), систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть най­дены и обработаны с помощью ЭВМ».

* Толковый словарь по информатике.—М.: Финансы и статистика, 1991.

 

Другим фундаментальным понятием, непосредственно свя­занным с АИС, является система управления базами данных (СУБД), которая по ГОСТу определяется как «совокупность программ и языковых средств, предназначенных для управле­ния данными в базе данных, ведения базы данных и обеспече­ния взаимодействия ее с прикладными программами». В на­стоящее время развитие СУБД как специального вида программ­ного обеспечения для создания и эксплуатации АИС приводит к более широким санкциям СУБД. Ввиду этого в расширен­ном толковании СУБД можно определить как комплекс про­граммных средств, реализующих создание баз данных, их поддержание в актуальном состоянии, а также обеспечивающих различным категориям пользователей возможность получать из БД необходимую информацию.

Совокупность конкретной базы данных, СУБД, приклад­ных компонентов АИС (набор входных и выходных форм, ти­повых запросов для решения информационно-технологических задач в конкретной предметной области), а также комплекса технических средств, на которых они реализованы, образуют банк данных (БнД), или иначе автоматизированный банк дан­ных (АБД). Таким образом, соотношение понятий БнД, СУБД и БД можно проиллюстрировать схемой, приведенной на рис. 1.3.

По характеру представления и логической организации хра­нимой информации АИС разделяются на фактографические, документальные и геоинформационные.

Фактографические АИС накапливают и хранят данные в виде множества экземпляров одного или нескольких типов структурных элементов (информационных объектов). Каждый из таких экземпляров структурных элементов или некоторая их совокупность отражают сведения по какому-либо факту, собы­тию и т. д., отделенному (вычлененному) от всех прочих сведе­ний и фактов.* Структура каждого типа информационного объекта состоит из конечного набора реквизитов, отражающих основные аспекты и характеристики сведений для объектов дан­ной предметной области. К примеру, фактографическая АИС, накапливающая сведения по лицам, каждому конкретному лицу в базе данных ставит в соответствие запись, состоящую из оп­ределенного набора таких реквизитов, как фамилия, имя, отче­ство, год рождения, место работы, образование и т. д. Комплек­тование информационной базы в фактографических АИС вклю­чает, как правило, обязательный процесс структуризации входной информации из документального источника. Структу­ризация при этом осуществляется через определение (выделе­ние, вычленение) экземпляров информационных объектов оп­ределенного типа, информация о которых имеется в докумен­те, и заполнение их реквизитов.

* Отсюда и название—«фактографические системы».

Рис. 1.3. Соотношение понятий БнД, СУ БД и БД

В документальных АИС единичным элементом информа­ции является нерасчлененный на более мелкие элементы доку­мент и информация при вводе (входной документ), как прави­ло, не структурируется, или структурируется в ограниченном виде. Для вводимого документа могут устанавливаться некото­рые формализованные позиции — дата изготовления, испол­нитель, тематика и т. д. Некоторые виды документальных АИС обеспечивают установление логической взаимосвязи вводимых документов — соподчиненность по смысловому содержанию, взаимные отсылки по каким-либо критериям и т. п. Определе­ние и установление такой взаимосвязи представляет собой слож­ную многокритериальную и многоаспектную аналитическую задачу, которая не может в полной мере быть формализована.

В геоинформационных АИС данные организованы в виде отдельных информационных объектов (с определенным набо­ром реквизитов), привязанных к общей электронной топогра­фической основе (электронной карте). Геоинформационные си­стемы применяются для информационного обеспечения в тех предметных областях, структура информационных объектов и процессов в которых имеет пространственно-географический компонент, например маршруты транспорта, коммунальное хо­зяйство и т. п.

Разработка и проектирование информационной системы на­чинаются с построения концептуальной модели ее использова­ния. Концептуальная модель использования информационной системы определяет, прежде всего, круг конкретных задет и функций, обеспечиваемых созданием и эксплуатацией инфор­мационной системы, а также систему сбора, накопления и вы­дачи информации.

Поэтому другим критерием классификации АИС являют­ся функции и решаемые задачи, основными из которых могут являться:

• справочные;

• поисковые;

• расчетные;

• технологические.

Справочные функции являются наиболее распространен­ным типом функций информационных систем и заключаются в предоставлении абонентам системы возможностей получе­ния установочных данных на определенные классы объектов (Лица, Организации, Телефоны, Адреса и т. п.) с жестко или произвольно заданным набором сведений. Видами информаци­онных систем, реализующих чисто справочные функции, являются всевозможные электронные справочники, картотеки, про­граммные или аппаратные «электронные записные книжки» и их более развитые аналоги в виде т.н. персональных инфор­мационных систем.

Системы, реализующие поисковые функции, являются наи­более широко распространенным классом информационных си­стем, которые чаще всего называют информационно-поисковыми системами (ИПС). ИПС в общем виде можно рассматривать как некое информационное пространство, задаваемое в тер­минах информационно-логического описания предметной об­ласти — «информационные объекты», «информационные свя­зи». Пользователям ИПС предоставляется возможность поиска и получения сведений по различным поисковым образам в та­ком информационном пространстве.

Расчетные функции информационных систем заключают­ся в обработке информации, находящейся в системе, по опре­деленным расчетным алгоритмам для различных целей. К чис­лу подобных задач относится вычисление определенных ста­тистических характеристик и показателей по экземплярам различных типов объектов и отношений, данные по которым накапливаются в системе. Широко применяющейся разновид­ностью расчетных информационных систем являются различ­ные системы автоматического проектирования, всевозможные бухгалтерские и финансово-экономические системы.

Технологические функции информационных систем заклю­чаются в автоматизации всего технологического цикла или от­дельных его компонент, какой-либо производственной или орга­низационной структуры. К системам, обеспечивающим подоб­ные задачи, относится широкий класс автоматизированных систем управления (АСУ, АСУ ТП). Другой разновидностью технологических информационных систем являются системы автоматизации документооборота.

Рассмотренная классификация автоматизированных инфор­мационных систем, как и всякая классификация, условна и на практике конкретная АИС может характеризоваться комплекс­ным характером представления информации (например, являть­ся фактографически-документальной системой) и решать ком­плекс справочных, поисковых, расчетных и технологических задач.

1.3. Система представления и обработки данных фактографических АИС

В архитектуре подсистемы представления и обработки ин­формации фактографических АИС можно выделить различные уровни представления информации, отображенные на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Уровни представления информации в АИС

Начальный уровень определяется локальными представле­ниями о предметной области пользователей-абонентов инфор­мационной системы и их представлениями о своих информа­ционных потребностях. На основе анализа этих представлений определяется информационно-логическая или сокращенно инфологическая схема предметной области, подлежащей ото­бражению информационной системой, и концептуальная модель использования информационной системы. Инфологическая схема представляет собой формализованное представление (описание) объектов и отношений фрагмента действительнос­ти.

Наиболее часто формализация представлений о предмет­ной области осуществляется в рамках модели «объекты-свя­зи» (так называемая ER-людель — от англ. Entity Relationship). При этом под информационным объектом в общем плане по­нимается некоторая сущность фрагмента действительности, на­пример организация, документ, сотрудник, место, событие и т. д. В предметной области выделяются различные типы объек­тов, представляемые в информационной системе в каждый мо­мент времени конечным набором экземпляров данного типа. Каждый тип объекта включает (идентифицируется) присущий ему набор атрибутов (свойств, характерных признаков, пара­метров). Атрибут представляет логически неделимый элемент структуры информации, характеризующийся множеством ато­марных значений. Для примера можно привести атрибут «Имя» объекта типа «Лицо», который характеризуется множеством всех возможных имен, и атрибут «Текст» объекта типа «Доку­мент», который характеризуется множеством средств смысло­вого выражения в определенном национальном языке.

Экземпляр объекта образуется совокупностью конкретных значений атрибутов данного типа объекта. Один или некоторая группа атрибутов объекта данного типа могут исполнять роль ключевого атрибута, по которому идентифицируются (разли­чаются) конкретные экземпляры объектов. К примеру, для объектов типа «Лицо» ключом может являться совокупность атрибутов «Фамилия», «Имя», «Отчество» или один атрибут, выражающий номер паспорта (удостоверения личности).

Различные типы объектов и различные экземпляры одного типа объекта могут быть охвачены определенными отношени­ями, которые в рамках ER-модели выражаются т. н. связями. Так, например, объекты «Сотрудник» и «Организация» могут быть охвачены отношением «Работа», т. е. связаны этим отно­шением. При этом связи могут быть двух типов — иерархичес­кие, или, иначе говоря, структурные (владелец-подчиненный) и одноуровневые, например, родственная связь «Брат-сестра» между двумя экземплярами объекта типа «Лицо» (в отличие от иерархической родственной связи—«Отец-сын»). Объекты-владельцы иерархических связей-отношений иногда называют структурными объектами, в противовес простым объектам, которые таковыми не являются (не являются владельцами).

Структурные и одноуровневые связи (отношения), в свою очередь, по признаку множественности могут быть трех типов — «один-к-одному» (например, отношение «Лицо-Пас­порт», имея в виду под «Паспортом» не атрибут объекта Лицо, а самостоятельный объект, состоящий из атрибутов «Номер», «Вид паспорта», «Владелец», «Место выдачи», «Дата выдачи» и т. д.), «один-ко-многим» (например, отношение «Подразделе­ние-Сотрудник», имея в виду, что в одном подразделении мо­жет работать много сотрудников, но каждый сотрудник работа­ет только в одном подразделении) и «многие-ко-многим» (на­пример, отношение «Лицо-Документ», имея в виду, что один человек может быть автором, или иметь какое-либо другое от­ношение ко многим документам, и, в свою очередь, один доку­мент может иметь много авторов.

Помимо этого информационные потребности абонентов ин­формационной системы могут включать также и оперирование опосредованными (т. е. косвенными, непрямыми, ассоциатив­ными) связями. Примерами таких непрямых связей является совместная работа нескольких человек на одном предприятии (подразделении). Прямая непосредственная связь в данном слу­чае, как правило, устанавливается только между объектами «Лицо» и «Организация», но не между различными экземпля­рами объекта «Лицо».

Одним из способов представления формализованного опи­сания предметной области информационной системы в рамках модели «объекты-связи» является использование техники спе­циальных диаграмм, которая была предложена известным американским специалистом в области баз данных Ч. Бахманом. В диаграммах Бахмана объекты (сущности) представляются вершинами некоторого математического графа, а связи —ду­гами графа. Виды и свойства связей-отношений объектов ото­бражаются направленностью, специальным оформлением дуг и расположением вершин графа.

В качестве примера можно привести инфологическую схе­му предметной области сведений информационной системы, предназначенной для накопления данных о научной работе в каком-либо учебном или исследовательском учреждении (см. рис. 1.5).

Рис. 1.5. Мифологическая схема предметной области информа­ционной системы со сведениями о научной работе

На приведенном рисунке однонаправленность дуг означа­ет структурность связи «владелец-подчиненный», двунаправ­ленность дуг означает одноуровневые связи, двойные стрелки означают множественность отношения «один-ко-многим», дву­направленность двойных стрелок означает одноуровневые от­ношения «многие-ко-многим».

Одним из недостатков использования ER-диаграмм Бахма­на для описания формализованных схем (моделей) предметных областей информационных систем является их статичность, не позволяющая наглядно и непосредственно отображать процес­сы, в которые вовлечены сущности и которым подвержены от­ношения (связи). Отчасти подобные проблемы преодолевают­ся введением дополнительных сущностей, выражающих соб­ственно процессы и ситуации — событие, действие, момент времени. Аналогичным образом в некоторых случаях вводятся пространственные сущности для адекватного представления сущностей и отношений предметной области—маршрут, мес­то, населенный пункт, здание, элемент здания, зона и т. д.

Вторым уровном представления информации в информа­ционной системе (см. рис. 1.4) является схема базы дачных, (называемая еще логической структурой данных), представля­ющая описание средствами конкретной СУБД инфологической схемы предметной области (информационные объекты, рекви­зиты, связи).

Совокупность средств и способов реализации схемы базы данных в конкретной СУБД составляет модель организации данных.

Схема базы данных содержит также ограничения целост­ности данных. Ограничения целостности представляют собой набор установок и правил по типам, диапазонам, соотношени­ям (и т. д.) значений атрибутов объектов, характеристик и осо­бенностей связей между объектами. К примеру, диапазон зна­чения атрибута «Дата рождения» объекта лицо не может выхо­дить за рамки текущей даты, значение атрибута «Дата приобретения» объекта «Имущество» не может быть позднее значения атрибута «Дата продажи», значение атрибута «Коли­чество» объекта «Материал» не должно быть меньше минималь­но необходимого на складе и т. п. Ограничения целостности данных лежат в основе контроля корректности информации при ее вводе в систему и периодического контроля наличия смыс­ловых и других ошибок в базе данных после проведения опе­раций добавления, удаления и изменения данных.

Третий и самый «низкий» уровень представления инфор­мации в фактографических информационных системах выражается внутренней схемой базы данных, определяющей струк­туру организации и особенности хранения информационных массивов, в которых и находятся собственно сами данные (см. рис. 1.4).

Более конкретные особенности представления и организа­ции данных определяются конкретным типом и особенностя­ми СУБД, используемой для создания фактографической ин­формационной системы.

Вопросы и упражнения

1. Разъясните соотношение и взаимосвязь понятий «информация», «знания», «сведения» и «данные».

2. Охарактеризуйте в терминах информационного обеспечения ли­сток по учету кадров и автобиографию, заполняемые и составля­емые сотрудником при приеме на работу.

3. Бланк заказа заполняется клиентом, подписывается работником организации, регистрируется, исполняется и подшивается в соот­ветствующее дело. Охарактеризуйте в терминах информацион­ного обеспечения указанные операции и процессы.

4. Является ли обязательным использование СВТ в информацион­ных системах? Каковы главные признаки информационной сис­темы и чем она отличается от простой совокупности информаци­онных ресурсов?

5. Одной из задач работника информационно-аналитической служ­бы является поиск, сбор и систематизация всех публикаций по определенной проблеме. Как можно охарактеризовать эти функции с точки зрения структуры и этапов информационного обес­печения?

6. К какому этапу цикла функционирования информационных сис­тем относится извещение абонента читального зала об исполне­нии заказа на интересующую его книгу, журнал?

7. Чем отличается база данных от информационного массива?

8. Каково соотношение понятий банка данных и базы данных?

9. К какому типу информационных систем можно отнести картоте­ку личных дел сотрудников организации?

10. Какого типа информационную систему наиболее целесообразно создавать для информационного обеспечения снабжения товара­ми сети магазинов торговой компании?

11. Чем отличается инфологическая схема предметной области информационной системы от схемы ее базы данных?

12. Какие атрибуты или совокупности атрибутов объектов «Образо­вание» (наименование учебного заведения, год поступления, год окончания, квалификация, специальность, № диплома), «Имуще­ство» (инв. №, наименование, тип, дата приобретения) могут ис­полнять роль ключей?

13. Каковы типы отношений-связей между объектами (сущностями) «Счет»—«Банк», «Товары»—«Поставщики», «Студенты»—«Пре­подаватели» и «Автомобиль»—«Паспорт транспортного средства (ПТС)»?

2. Системы управления базами данных фактографических информационных систем

История СУБД как особого вида программного обеспече­ния неразрывно связана с историей начала использования элек­тронно-вычислительных машин для организации хранения и обработки информации. Именно в то время (конец 60-х, начало 70-х годов) были разработаны основы программного обеспече­ния для создания и эксплуатации фактографических информационных систем. В конце 70-х, начале 80-х годов направление программного обеспечения под общим названием «СУБД» пре­вратилось в одну из наиболее бурно развивающихся отраслей программной индустрии.

При этом основные программно-математические и техно­логические решения по СУБД были разработаны в 70-х годах в ряде крупных исследовательских проектов. Наиболее известными из них являются проект «Рабочей группы по базам дан­ных» КОДАСИЛ (DBTG CODASY L) с участием уже упоми­навшегося Ч. Бахмана, пионерские работы основателя теории реляционных баз данных Е. Кодда, проект разработки системы управления реляционными базами данных «System R» фирмы IBM (1975-1979 гг.) и проект разработки СУБД «Ingres» (Interactive Graphics and Retrieval System) в университете Берк­ли (1975-1980 гг.) под руководством известного специалиста в области баз данных М. Стоунбрейкера.

2.1. Функции, классификация и структура СУБД

С начала своего возникновения в конце 60-х годов автома­тизированные информационные системы ориентировались на хранение и обработку больших объемов данных, которые не могли быть одновременно и полностью размещены в оператив­ной памяти ЭВМ.

В структуре программного обеспечения ЭВМ, как в то вре­мя, так и сейчас, за организацию, размещение и оперирование данными во внешней (долговременной) памяти отвечает опе­рационная система ЭВМ, соответствующий компонент которой чаще всего называется «файловой системой». Данные во внеш­ней памяти компьютера представлены именованными совокупностями, называемыми файлами. В большинстве случаев опе­рационная (файловая) система не «знает» внутренней смысло­вой логики организации данных в файлах и оперирует с ними как с однородной совокупностью байтов или строк символов.

С точки зрения смысла и назначения АИС файлы данных имеют структуру, отражающую информационно-логическую схему предметной области АИС. Эта структура данных в фай­лах должна обязательно учитываться в операциях обработки (собственно, в этом и заключается одна из основных функций АИС). Вместе с тем, в силу невозможности в большинстве слу­чаев размещения файлов баз данных сразу целиком в оператив­ной памяти компьютера, структуру данных в файлах баз дан­ных приходится учитывать при организации операций обраще­ния к файлам во внешней памяти.

Отсюда вытекает основная особенность СУБД как вида программного обеспечения. Будучи по природе прикладным программным обеспечением, т. е. предназначенным для реше­ния конкретных прикладных задач, СУБД изначально выпол­няли и системные функции — расширяли возможности файло­вых систем системного программного обеспечения.

В общем плане можно выделить следующие функции, ре­ализуемые СУБД:

• организация и поддержание логической структуры дан­ных (схемы базы данных);

• организация и поддержание физической структуры дан­ных во внешней памяти;

• организация доступа к данным и их обработка в опера­тивной и внешней памяти.

Организация и поддержание логической структуры дан­ных (схемы базы данных) обеспечивается средствами модели организации данных.* Модель данных определяется способом организации данных, ограничениями целостности и множе­ством операций, допустимых над объектами организации дан­ных. Соответственно модель данных разделяют на три состав­ляющие — структурную, целостную и манипуляционную.

* В обиходе просто «модель данных».

 

Известны три основные модели организации данных:

• иерархическая;

• сетевая;

• реляционная.

Модель данных, реализуемая СУБД, является одной из основных компонент, определяющих функциональные возможности СУБД по отражению в базах данных информационно-логических схем предметных областей АИС. Модель организации данных, по сути, определяет внутренний информационный язык автоматизированного банка данных, реализующего автоматизи­рованную информационную систему.

Модели данных, поддерживаемые СУБД, довольно часто используются в качестве критерия для классификации СУБД. Исходя из этого, различают иерархические СУБД, сетевые СУБД и реляционные СУБД.