Информационные системы

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Тема 1. Основные процессы преобразования информации. Информационная деятельность как атрибут основной деятельности. Основные понятия информатики. Информационный обмен. Система информационного обмена. Сети информационного обмена 1. Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio» разъяснение, изложение, сведения. В качестве синонимов иногда используют такие понятия как «сообщение» и «данные». Вместе с тем, следует отметить отличительные особенности этих терминов. Данные представляют собой набор символов или цифр, представляя соответственно текст или число. Сообщение включает в себя набор данных, объединенных общим контекстом или смыслом. Информация извлекается из сообщения и зависит от объекта воспринимающего (обрабатывающего) это сообщение. Результат зависит от свойств этого объекта. В зависимости от целей и интересов из одного и того же сообщения можно извлечь совершенно разную информацию. Пример с самолетом. Информация может быть передана устно и письменно, с помощью электрических сигналов и электромагнитных волн и др. После обработки, преобразования, систематизации может быть получена новая информация, новые знания. В философском смысле информация есть отражение реального мира, сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает. Процессы преобразования информации связаны с информационными технологиями. Под технологией (techne – мастерство, искусство) понимают обычно либо совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства (например, технология металлов, химическая технология, технология строительства и др.), либо науку о способах воздействия на сырье, материалы или полуфабрикаты соответствующими орудиями производства. Рассматривая технологию как науку о производстве материальных благ, в ней можно выделить три аспекта: информационный, инструментальный и социальный. Информационный аспект включает описание принципов и методов производства, инструментальный – орудия труда, с помощью которых реализуется производство, социальный – кадры и их организацию. Особенностью ИТ является то, что в ней и предметом и продуктом труда является информация, а орудиями труда – средства вычислительной техники и связи. ИТ как наука о производстве информации (И) возникала именно потому, что информация стала рассматриваться как реальный производственный ресурс наряду с другими материальными ресурсами. Производство информации и ее верхнего уровня – знаний – оказывает решающее влияние на модификацию и создание новых промышленных технологий. Для реализации научно-технической идеи требуется выполнение, по крайней мере, трех основных условий:  Идея не должна противоречить известным законам науки;  В ее реализации должна быть остро заинтересована значительная часть общества;  Должен быть достигнут уровень технологии общественного производства, обеспечивающий эффективную реализацию заложенных в идею технических принципов. Рассмотрим выполнение этих условий для реализации информационной машины. Одновременно с развитием процесса накопления знаний в обществе шел процесс формирования обособленной профессиональной группы, для которой сначала основным, а затем и единственным «служебным занятием» является работа с информацией. Живой барьер к накопленным знаниям, хранимым жрецами, монахами, переписчиками и толкователями книг, начал разрушаться только после изобретения книгопечатания, которое повлекло развитие наук, а это, в свою очередь, ускорило темпы накопления профессиональных знаний. Знания стало возможно тиражировать и сделать их доступными для многих участников трудового процесса. Знания стали основой плодотворных научных направлений. Таким образом, книгопечатание создало информационные предпосылки ускоренного роста производительных сил. Появление простейших информационных технологий можно отнести к началу письменности. Наступила эра бумажной ИТ. Потребность в передаче и обмене информацией человечество испытывало на ранних стадия своего развития. Для ускорения передачи информации использовались костры (факелы Полибия), курьеры, почта, семафорный телеграфии др. С изобретением электрического телеграфа и телефона изменились возможности передачи информации. Изобретение телефона, радио, телевидения, а затем ЭВМ, цифровых систем связи и вычислительных сетей, создание ПЭВМ и его невероятно быстрое распространение и развития именно в качестве инструментального средства накопления, преобразования, обработки и передачи информации позволили новым информационным технологиям внедриться практически во все области человеческой деятельности. Основу автоматизированных ИТ составляют следующие достижения:  Средства накопления больших объемов информации (магнитные и оптические диски);  Средства связи, позволяющие воспринимать, использовать и передавать информацию практически в любой точке земного шара;  Компьютер, позволяющий по определенным алгоритмом обрабатывать и отображать информацию, накапливать и генерировать знания. ИТ направлены на увеличение степени автоматизации всех информационных операций, следовательно, на ускорение НТП общества. Сама по себе И может быть отнесена к абстрактным понятиям типа «математические». Однако ряд особенностей приближает ее к материальному миру. Информацию можно записать, получить, стереть, передать. Она не может возникнуть из ничего. Однако при передаче И из одной системы в другую, количество И в передающей системе не уменьшается, хотя в принимающей – обычно увеличивается. Наблюдается независимость И от ее носителя, так как возможны ее преобразование и передача по различным физическим средам с помощью разнообразных физических сигналов безотносительно к ее семантике. И о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения, натурного или вычислительного эксперимента или путем логического вывода. В связи с этим И делят на априорную и апостериорную (полученную в результате эксперимента или наблюдения). Для того, чтобы в материальном мире происходили обмен И, ее преобразование и передача, должны быть использованы источник информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Среда передачи объединяет источник и получателя информации в ИС. Источник И Передатчик Канал связи Приемник Получатель И Рис.1. Информационная система Подобные ИС возникают не только среди людей, а в животном и растительном мире. Получатель И оценивает ее в зависимости от того, для какой задачи она будет использована. Поэтому И обладает свойством относительности. Одна и та же И имеет для одного получателя глубокий смысл и обладает чрезвычайной ценностью, а для другого – является либо давно известной, либо – бесполезной. В зависимости от того, с каких позиций оценивается И, различают такие ее аспекты, как синтаксический, семантический и прагматический. Синтаксический аспект связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств. На синтаксическом уровне рассматриваются формы представления И для ее передачи и хранения. Обычно И, предназначенная для передачи, называется сообщением. Сообщение м.б. представлено в виде знаков и символов, преобразовано в электрическую форму, закодировано и промодулировано для обеспечения возможности передачи по выбранному каналу связи. Характеристики процессов преобразования сообщения для его передачи определяют синтаксический аспект И при ее передаче. При хранении синтаксический аспект определяется другими формами представления И, которые позволяют наилучшим образом осуществить поиск, запись, обновление, изменение И в информационной базе. Информацию, рассмотренную только относительно синтаксического аспекта, часто называют данными. Семантический аспект отражает смысловое содержание И и соотносит ее с ранее имевшейся И. Смысловые связи между словами или другими элементами языка отражает тезаурус. Тезаурус состоит из двух частей: списка слов и устойчивых словосочетаний, сгруппированных по смыслу, и некоторого ключа, например алфавитного, позволяющего расположить слова в определенном порядке. При получении И тезаурус может изменяться, и степень этого изменения характеризует воспринятое количество И. Прагматический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной И. Этот аспект отражает потребительские свойства И. Если И оказалась ценной, поведение ее потребителя меняется в нужном направлении. Проявляется прагматический аспект И только при наличии единства И (объекта), потребителя и поставленной цели. Информация проходит три этапа, которые и отражают все указанные аспекты. Сначала наблюдается некоторый факт окружающей действительности, который отражается в сознании в виде определенного набора данных. Затем, после определенной структуризации этих данных в соответствии с конкретной предметной областью, формируется знание о наблюдаемом факте, что отражает семантический аспект полученной И. И в виде знаний имеет высокую степень структуризации, что позволяет выделять полную И об окружающей нас действительности и создавать информационные модели исследуемых объектов. Полученные знания используются в практике для достижения поставленных целей, что отражает прагматический аспект И. И классифицируется по видам. Научная информация – это И, наиболее полно отражающая объективные закономерности природы, общества и мышления. Ее подразделяют по областям получения, или пользования: на политическую, экономическую, техническую, биологическую, физическую и др.; по назначению: на массовую и специальную. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Тема 2. Определение информационной системы (ИС). Задачи и функции ИС. Состав и структура информационных систем, основные элементы, порядок функционирования. Классификация информационных систем, документальные и фактографические системы. Предметная область ИС Определение 1. Информационная система - это совокупность взаимосвязанных элементов, представляющих собой информационные, кадровые и материальные ресурсы, процессы, которые обеспечивают сбор, обработку, преобразование, хранение и передачу информации в организации. В организациях существует большое количество различных типов ИС: от традиционных до сложных, работающих на базе локальных и глобальных компьютерных сетей. Определение 2. Информационные технологии - это совокупность методов, процедур и средств, реализующих процессы сбора, обработки, преобразования, хранения и передачи информации. Использование ИС фирмами и организациями определяет степень современности подготовки их администрации к управлению организацией. Определение 3. Информационная система управления - это круг разнообразных ИС, обеспечивающих управленческому персоналу эффективное принятие решений по управляемому объекту. Определение 3 а. Информационная система управления представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, переработке информации об объекте, снабжающую работников различного ранга для реализации функции управления Принципиальным моментом определения информационной системы управления является обеспечение принятия решения с ее помощью. Информационные системы управления создаются на основе изучения технологии принятия решений с использованием методологии системного подхода. В качестве концептуальной базы может быть успешно использована модель принятия решений Г.Саймона. По Г. Саймону процесс принятия решений имеет три стадии: информационную, проектную, а также стадию выбора. На информационной стадии исследуется среда, определяются события и условия, требующие принятия решений. На проектной стадии разрабатываются и оцениваются возможные направления деятельности (альтернативы). На стадии выбора обосновывают и отбирают определенную альтернативу, организуя мониторинг ее реализации. Отдельные стадии процесса могут многократно повторяться, если менеджер не будет удовлетворен собранной информацией или результатами ее обработки. На информационной стадии обрабатываются и анализируются первичные данные, которые необходимо отыскать в базах данных и, после соответствующей обработки проанализировать. Поэтому менеджерам необходимо владеть умениями по составлению незапланированных, ситуационных запросов, отыскивая нужную информацию. В программном обеспечении (ПО) имеются соответствующие мощные средства систем управления базами данных (СУБД), а также необходимые пакеты прикладных программ для моделирования, математической обработки и анализа результатов. На проектной стадии определяется возможность структурирования ситуации, требующей принятия решений. Для структурируемых (программируемых) решений возможна предварительная детализация, позволяющая алгоритмизировать процесс решения. При вероятностном характере процесса, решение определяется через вероятности возможных исходов. Неструктурированные (непрограммируемые) решения возникают при невозможности предварительного описания большей части процедур принятия решения. Большинство реальных ситуаций зависит от случайных событий и неизвестных факторов. Некоторые процедуры могут быть предопределены, но этого недостаточно для автоматизированного получения конкретной рекомендации. В этом случае информационные технологии управления должны обеспечивать диалоговый режим работы, т.е. интерактивные системы поддержки принятия решений и экспертные системы, которые менеджер может использовать в зависимости от ситуации. На стадии выбора ИС облегчают выбор правильного направления деятельности и обеспечивают обратную связь для контроля за выполнением решения. При этом предполагается, что на первых этапах собрана необходимая информация, разработан на ее основе ряд альтернативных вариантов. Обратная связь используется для корректировки получаемых результатов, поскольку оптимальное решение практически не может быть выбрано на первом шаге из-за реальных ограничений по времени и ресурсам. Для принятия решения в групповом режиме используется компьютерная поддержка, т.е. специальные информационные технологии типа ИС поддержки групповых решений, электронные совещания и т.д. Определение 4. Системы поддержки принятия решений (СППР) - особые интерактивные информационные системы управления (менеджмента), использующие оборудование, программное обеспечение, данные, базу моделей и труд менеджеров с целью поддержки всех стадий принятия полуструктурируемых и неструктурируемых решений непосредственно пользователями менеджерами в процессе аналитического моделирования на основе предоставленного набора технологий. Определение 5. Модели – упрощенные абстракции реальных основных элементов системы и их отношений, существенных для принятия решения. Информационные требования на различных уровнях управления Информационные требования непосредственно зависят от конкретного уровня управления - стратегического, тактического, оперативного в соответствии с функциями высшего, среднего и оперативного персонала. Структурированные решения обычно принимаются на оперативном уровне, на тактическом - полуструктурированные, на стратегическом - неструктурированные. Чем выше уровень управления, тем больше неструктурированных решений, поэтому средства и методы формирования информации не одинаковы для всех уровней. На стратегическом уровне требуются итоговые нерегламентированные отчеты, прогнозы и внешняя информация для разработки генеральной стратегии. На оперативном уровне требуются регулярные внутренние отчеты с детальным сравнением базисных и текущих показателей, помогающих отслеживать текущие операции. Таким образом, информационные системы должны отвечать требованиям соответствующих уровней и предоставлять им любую нужную информацию. Информационные требования различных функций управления Менеджмент (управление) традиционно описывается как процесс руководства, включающий управленческие функции: планирование, организацию, управление персоналом, руководство (мотивацию) и контроль. ИС обеспечивают менеджера данными для выполнения всех функций управления. Для планирования ИС предоставляют данные и модели планирования, информацию о внутреннем состоянии и внешнем окружении. Для поддержки функции планирования необходимо наличие телекоммуникаций, специальных проблемно-ориентированных пакетов прикладных программ или универсальных модулей офисных систем с электронными таблицами и СУБД. Программные средства должны обеспечивать методы анализа “что, если”, корреляционный и регрессионный анализ, обработку статистических данных, средства анализа и прогнозирования на основе трендов, средства оптимизации. В управлении персоналом, наиболее эффективными являются информационные системы (модули ИС) на основе СУБД, которые должны иметь соответствующую информационнологическую структуру и позволять мониторинг карьеры и профессионального роста отдельных сотрудников, позволяя обрабатывать результаты тестирования при периодической аттестации кадрового состава организации. Для руководства организацией, кроме электронной почты, имеются различные пакеты для поддержки документооборота и самоменеджмента, а также мультимедийные средства коллективного общения. При осуществлении контроля без ИС практически невозможно разработать адекватную реакцию на отклонение от прогнозируемых результатов и вносить коррективы в деятельность организации, поэтому при внедрении ИС организации обеспечение функций контроля производится в первую очередь. Необходимый уровень знаний пользователей ИС Конечным пользователям нет смысла постоянно отслеживать в деталях обновление и реорганизацию информационно-технологических особенностей ИС. В настоящее время это трудно даже для специалистов по обработке данных. Следует выделить два главных аспекта: теоретически менеджер должен понимать столько. чтобы не ощущать недостатка квалификации при оценке возможностей ИС, обсуждения планов их развития и обоснования своего мнения по этому поводу. Кроме того, менеджер должен хорошо владеть основными методами анализа и прогноза для разработки альтернативных решений, хотя бы в электронных таблицах. Роль ЭТ в повседневной работе специалистов очень велика. Методы анализа чувствительности, “что, если”, корреляционного и регрессионного анализа, моделирования и анализа трендов, поиска оптимального решения реализуются в электронных таблицах практически без применения дополнительного программирования, т.е. на пользовательском уровне. Поскольку реальный круг конечных пользователей весьма разнообразен по деловым обязанностям и сферам деятельности и в каждом конкретном случае могут существовать особые требования, выделяется универсальное ядро среди всех методов, которое практически всегда может помочь менеджерам решить их проблемы. Имея дело с одним объектом, работающие в ПК программы используют и формируют систему данных об этом объекте, называемую обычно информационной моделью. Сначала использовался позадачный подход, при котором приходилось повторять ввод и вывод одних и тех же данных. Целесообразно ввести данные один раз, а затем использовать в различных задачах. При этом достигается независимость процесса сбора и обновления (актуализации) данных от процесса их использования ПП. Создается независимость ПП от физической организации БД, достигаемая с помощью специального (системного) ПО, которое интерпретирует язык манипулирования данными (процедурно ориентированный, а не машинно-ориентированный). Фактографические АИС, у которых БД составляются из формализованных записей. Документальные АИС, у которых записями могут быть неформализованные документы. Среди атрибутов форматированных записей существует атрибут, однозначно идентифицирующий запись. Этот атрибут называется первичным или основным ключом. По нему определяется адрес записи во внешней памяти. Одной из важнейших задач АИС является быстрый подбор записей, обладающих определенными свойствами. Атрибуты. Задающие эти свойства. Идентифицируют не одну, а некоторое множество записей. Они называются дополнительными (вторичными) ключами. Поиск нужных записей по дополнительному ключу разбивается на два этапа: сначала определяют значения основного ключа, отвечающие записям с заданным значением дополнительного ключа. На втором этапе по найденным значениям основного ключа находят адреса записей, а затем и сами записи. Для быстрого выполнения первого этапа (без просмотра всех записей подряд) используют инвертированные списки. Каждый список состоит из пар значений дополнительного и соответствующего им множества значений основного ключа, упорядоченных по дополнительному ключу. Пример. Исходный файл Уч.№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Год р. Код пр. 1950 03 Год р. Уч.№ Код пр Уч.№ 1945 01 1950 1947 1945 1950 1954 1953 1949 05 03 02 04 03 03 02 Список, инвертированный по ключу год рождения 1945 1947 1949 1950 1951 1953 1957 2,5 4 9 1,3,6,10 7 8 11 Список, инвертированный по ключу код профессии 01 02 03 04 05 08 2,10 5,9 1,4,7,8 6 3 11 1950 01 Объединение инвертированных списков по всем дополнительным ключам составляет инвертированный файл, по которому легко найти записи с данными атрибутами. Основной задачей, решаемой в документальных АИС, является поиск документов по их содержанию. Полное решение задачи поиска требует понимания системой смысла запросов. Дескрипторы представляют собой некоторое фиксированное множество слов, в том числе профессиональных терминов, которые по мнению разработчика конкретной АИС, в наибольшей степени характеризуют содержание ее документального фонда. АИС просматривает текст запроса на неформализованном языке и фиксирует встречающиеся в тексте дескрипторы. После этого система просматривает полные тексты всех документов и отбирает те, которые содержат все найденные в запросе дескрипторы. Идентификация дескрипторов должна производиться с точностью до окончаний. Проблема: временные затраты. Решением ее является использование поискового образа документа (перечень входящих в него дескрипторов0. Хранится отдельно и имеет ссылку на документ. Аналогичным образом составляется поисковый образ запроса. В процессе поиска происходит сравнение поисковых образов запроса и документа на основе критерия смыслового соответствия, фиксированного для системы. Документальная АИС с простыми дескрипторными поисковыми образами может рассматриваться как фактографическая система с булевыми атрибутами, число которых равно полному числу используемых дескрипторов. Такое представление экономично лишь при небольшом числе дескрипторов. Организация последовательных файлов. Индексный метод адресации использует специальную таблицу, называемую индексом, которая соотносит различным значениям ключа адреса соответствующих записей. Общие требования к языкам описания данных Тема 4. Фактографические системы: предметная область(ПО), концептуальные средства описания, модель сущность-связь. Модели данных. Представление данных в памяти ЭВМ. Программные средства реализации фактографических ИС. 1. Общие сведения о моделировании предметной области Концептуальное проектирование является ядром всего процесса проектирования БД. Подходы к концептуальному проектированию. Реализованные в разнообразных CASEсистемах, отличаются друг от друга. Процессы концептуального моделирования чаще всего реализуются в среде DESIGN/IDEF и ERWin. Уточнение понятия концептуальной модели. Часть реального мира, представляющая интерес для данного исследования, называется предметной областью. Для того, чтобы БД адекватно отражала предметную область, проектировщик должен хорошо представлять себе все нюансы и уметь отобразить их в БД. Предметная область должна быть предварительно описана. Чаще используют искусственные формализованные языковые средства. Формализованное описание предметной области называется ее концептуальной моделью. Моделирование ПредОб выполняется с различными целями (реинжиниринг, прогнозирование, при проектировании БД и ПО). Подходы к проектированию БД различных классов будет существенно отличаться. Особый интерес представляют структурированные БД. Изучение ПредОб складывается из непосредственного наблюдения процессов, изучения документов, циркулирующих в системе, а также интервьюирования участников 1957 08 этих процессов. Т.к. описание инфологической модели выполняется на специализированном языке, необходимо владение этим языком. Построение концептуальной модели может выполняться вручную или с использованием автоматизированных средств проектирования. Средства автоматизации проектирования отличаются как нотациями, так и алгоритмами преобразования концептуальной модели в модели БД. Основные компоненты концептуальной модели:  Описание объектов ПО и связей между ними  Описание информационных потребностей пользователей  Описание существующей ИС (документы, документооборот, при наличии АИС – ее описание)  Описание алгоритмических зависимостей показателей  Описание ограничений целостности  Описание функциональной структуры системы, для которой создаетсяАИС  Требования к ИС и существующие ограничения  Лингвистические отношения Чаще всего описание объектов По и связей между ними представляется в виде так называемых или ERDiagramm. Эти модели представляют собой графические описания предметных областей в терминах «объект-свойство-связь» и являются элементами концептуальных моделей, имея целый ряд преимуществ, главными из которых является отсутствие привязки к конкретной СУБД. Существует большое число нотаций и методик построения . ER—моделей. В предметной области существует множество разнообразных объектов, под которыми понимают некие сущности, о которых собирается информация. Классом объектов называется совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств. Объекты могут быть реальными и абстрактными. ER—модель строится на уровне классов объектов, а не экземпляров объектов. Каждому классу объектов присваивается уникальное имя. Именем класса объектов является грамматический оборот существительного. Если в предметной области имеет место синонимия, все имена следует зафиксировать и лишь одно выбрать за основное. Помимо имени классов может использоваться кодовое обозначение. Желательно дать интерпретацию каждой сущности. Уникальное имя экземпляра объекта будем называть идентификатором (ИО). Концептуальная модель Описание объектов и связей между ними Алгоритмические связи показателей Лингвистическ ие отношения Ограничения целостности Описание информационных потребностей пользователей Требования и ограничения Описание существующей ИС Рис.1. Компоненты концептуальной модели. Описание функционально й структуры системы Разновидности объектов Объект называется простым, если он рассматривается в данном исследовании как неделимый. Сложный объект представляет собой объединение других объектов, простых и сложных, также объединяемых в ИС. Сложные объекты включают составные объекты, обобщенные объекты (наличие связи «род-вид» между объектами предметной области) Объекты, составляющие обобщенный объект называются категориями. Определение родовидовых связей означает классификацию объектов. Агрегированные объекты соответствуют какому-либо процессу, в который оказываются вовлечены другие объекты. Логическая структура экономической информации Экономическая информация носит дискретный характер и может быть структурирована.Важнейшие виды структурных единиц информации: Реквизит – простейшая неделимая на смысловом уровне единица информации, отражающая количественную или качественную характеристику сущностей предметной области Составная единица информации – логически взаимосвязанная совокупность реквизитов Показатель – минимальная СЕИ, сохраняющая информативность Документ – СЕИ, представленная на бумажном носителе, имеющая самостоятельное значение. Реквизит-признак – содержит качественную характеристику сущности, позволяющую идентифицировать объект Реквизит-основание содержит количественную характеристику объекта, определяющую его состояние. Экономический показатель – это СЕИ, включающая один реквизит- основание и несколько реквизитов-признаков. Поскольку экономический показатель является минимальной по составу информационной совокупностью, сохраняющей информативность, он является достаточным для образования самостоятельного документа. Семантический анализ позволяет выявить функциональную зависимость реквизитов и выполнить на этой основе структурирование экономической информации. Такое структурирование позволяет построить информационно-логическую модель предметной области и осуществить проектирование БД