Понятие и составляющие информационного обеспечения систем управления

17

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Документы внемашинной сферы ИО

Общая характеристика документов. Все документы характеризуются наименованием, отражающим содержание документа, и формой, определяющей структуру документа. Рассмотрим характеристику технико-экономических документов.

По характеру возникновения документы делятся на первичные, содержащие исходные данные, и производные, содержащие результаты обработки информации других документов. По роли в общей технологии обработки данных документы разделяются на:

- Документы, используемые для первоначальной загрузки внутримашинной ИБ (нормативно-справочная и условно-постоянная информация);

- Документы для ввода оперативной информации;

- Извещения об изменении, периодически поступающие для корректировки ранее введенной информации и поддержания внутримашинной ИБ в актуальном состоянии;

- Запросные документы, содержащие условия поиска данных, и документы, инициирующие выполнение задач.

Форма документов. Документы имеют постоянную часть, которая определяется формой (макетом, шаблоном). Форма документа отображает структуру информации, содержащейся в документе, и определяет состав, название и размещение реквизитов, входящих в документ. Для выявления структуры информации важны две части - заголовочная (шапка) и содержательная. Выделяют еще оформляющую часть документа (подпись и т.п.).

В шапке находятся код формы, название (вид) документа, дата заполнения, общие данные для всего документа.

Содержательная часть включает названия реквизитов и место, отведенное для их значений. Содержательная часть может быть простой, когда реквизиты имеют единственное значение, табличной в виде многострочной таблицы с наименованием реквизитов в заголовке колонок и множеством значений реквизитов в столбце. Часто документ имеет комбинированную форму.

Технико-экономическая информация чаще всего имеет дискретный характер, то есть может быть структурирована и представлена как совокупность структурных единиц информации:

Реквизит - составная единица информации (логически взаимосвязанная совокупность реквизитов) - документ.

Среди реквизитов различают реквизиты-признаки, содержащие качественные характеристики объекта, позволяющие выделить объект из множества различных объектов, и реквизиты-основания, содержащие количественную характеристику определяющие его состояние.

Семантический анализ реквизитов позволяет выявить функциональную зависимость реквизитов и выполнить на этой основе структурирование информации, которое дает возможность построить информационно-логическую модель предметной области и осуществить проектирование структуры базы данных.

Для наиболее распространенных видов документов могут использоваться унифицированные формы, включенные в унифицированные системы документации (УСД). Многие УСД используются для задач общегосударственных систем обработки и сопрягаются с единой системой классификации и кодирования (ЕСКК) технико-экономической информации.

Системы документации включают стандартные и технические условия, проектно-конструкторскую и технологическую, плановую, бухгалтерскую, финансовую, отчетно-статистическую документацию и др.

На промышленных предприятиях документация регламентируется по фазам управления: единая система конструкторской документации (ЕСКД) и единая система технологической документации (ЕСТД), система плановой документации и др.

Каждая система документации содержит перечень разрешенных для использования форм документов - формуляр-образец, на основе которого определяются формы документов, разрабатываются нормативные и методические материалы.

2. Информационные системы поддержки приятия решений

В любой информационной системе (ИС) в той или иной степени присутствуют Подсистемы (системы) Поддержки Принятия Решений (СППР, DSS (Decision Support System)).

СППР можно, в зависимости от данных, c которыми они работают, разделить на оперативные, предназначенные для немедленного реагирования на текущую ситуацию, и стратегические - основанные на анализе большого количества информации из разных источников с привлечением сведений, содержащихся в системах, аккумулирующих опыт решения проблем.

СППР первого типа получили название Информационных Систем Руководства (Executive Information Systems, ИСР). По сути, они представляют собой конечные наборы отчетов, построенные на основании данных из транзакционной информационной системы предприятия или OLTP-системы (On-line transaction processing), в идеале адекватно отражающей в режиме реального времени все аспекты производственного цикла предприятия. Для ИСР характерны следующие основные черты:

· отчеты, как правило, базируются на стандартных для организации запросах; число последних относительно невелико;

· ИСР представляет отчеты в максимально удобном виде, включающем, наряду с таблицами, деловую графику, мультимедийные возможности и т. п.;

· как правило, ИСР ориентированы на конкретный вертикальный рынок, например финансы, маркетинг, управление ресурсами.

СППР второго типа или предполагают достаточно глубокую проработку данных, специально преобразованных так, чтобы их было удобно использовать в ходе процесса принятия решений. СППР этого уровня может включать следующие компоненты:

1. информационное хранилище данных (Data Warehouse)

2. подсистему извлечения, преобразования и загрузки (импорта) данных (ETL - Extracting Transformating and Loading)

3. подсистемы анализа (OLAP и Data Mining).

Сравнительный анализ OLTP и систем анализа

Характеристика	Требования OLTP	Требования систем анализа
Степень детализации хранимых данных	Детализированные данные, затрагиваются отдельные записи	Детализированные и обобщенные данные, выполняются запросы над большим количеством данных с применением группировок и агрегирования
Качество данных	Допускаются «грязные» данные из-за ошибок ввода	Не допускаются ошибки в данных
Формат хранения данных	Разный формат данных в зависимости от приложений	Единый согласованный формат хранения данных
Избыточность данных	Максимальная нормализация	Допускается денормализация
Время обработки обращений к данным	Режим реального времени	Допускается отклик через несколько минут
Характер запросов к данным	Регламентированные запросы	Запросы к данным могут быть произвольными и заранее не оформлены
Управление данными	Возможность добавления, удаления, изменения данных	Возможность добавления, данных

Информация, на основе которой принимается решение, должна быть достоверной, полной, непротиворечивой и адекватной. В СППР второго типа традиционная технология подготовки интегрированной информации на основе запросов и отчетов стала неэффективной из-за резкого увеличения количества и разнообразия исходных данных.

Решение - концепция Хранилища Данных (Data Warehouse, ХД), которое выполняет функции предварительной подготовки и хранения данных для СППР на основе информации из системы управления предприятием (OLTP - системы), а также информации из сторонних источников, которые в достаточном количестве стали доступны на рынке информации.

Все данные в ХД делятся на три основные категории:

1. детальные данные

2. агрегированные данные

3. метаданные

Под аббревиатурой ETL -- extraction, transformation, loading, то есть извлечение, преобразование и загрузка, скрываются три основных процесса, используемые при переносе данных из одного приложения или системы в другие (плакат)

Использование собранных данных решается подсистемами анализа. Эти подсистемы могут основываться на следующих технологиях:

- регламентированные запросы (развиты еще до появления концепции БД);

- оперативный анализ данных;

- интеллектуальный анализ данных

ОLAP (Online Analytical Processing) - оперативная аналитическая обработка данных. Основная цель ОLAP - систем - поддержка произвольных (не регламентированных!) запросов пользователей аналитиков.

12 определяющих принципов OLAP сформулировал в 1993 г. Е. Ф. Кодд - "изобретатель" реляционных БД. Позже его определение было переработано в так называемый тест FASMI, требующий, чтобы OLAP-приложение предоставляло возможности быстрого анализа разделяемой многомерной информации.

Fast (Быстрый) - анализ должен производиться одинаково быстро по всем аспектам информации. Приемлемое время отклика - 5 с или менее.

Analysis (Анализ) - должна быть возможность осуществлять основные типы числового и статистического анализа, предопределенного разработчиком приложения или произвольно определяемого пользователем.

Of Shared (Разделяемой) - множество пользователей должно иметь доступ к данным, при этом необходимо контролировать доступ к конфиденциальной информации.

Multidimensional (Многомерной) - это основная, наиболее существенная характеристика OLAP.

Information (Информации) - приложение должно иметь возможность обращаться к любой нужной информации, независимо от ее объема и места хранения.

Data Mining- «добыча» данных. Это метод обнаружения в «сырых» данных ранее неизвестных, нетривиальных, практически полезных и доступных для интерпретации знаний, необходимых для принятия решений.

DM обеспечивает решение всего пяти задач -- классификация, кластеризация, регрессия, ассоциация, последовательность:

Классификация -- установление функциональной зависимости между входными и дискретными выходными переменными. При помощи классификации решается задача отнесение объектов (наблюдений, событий) к одному из заранее известных классов.

Регрессия- установление функциональной зависимости между входными и непрерывными выходными переменными. Прогнозирование чаще всего сводится к решению задачи регрессии.

Кластеризация -- это группировка объектов (наблюдений, событий) на основе данных (свойств), описывающих сущность объектов. Объекты внутри кластера должны быть «похожими» друг на друга и отличаться от объектов, вошедших в другие кластеры. Чем больше похожи объекты внутри кластера и чем больше отличий между кластерами, тем точнее кластеризация.

Ассоциация -- выявление зависимостей между связанными событиями, указывающих, что из события X следует событие Y. Такие правила называются ассоциативными. Впервые эта задача была предложена для нахождения типичных шаблонов покупок, совершаемых в супермаркетах, поэтому иногда ее еще называют анализом потребительской корзины (market basket analysis).

Последовательные шаблоны -- установление закономерностей между связанными во времени событиями. Например, после события X через определенное время произойдет событие Y.

Иногда специально выделяют задачу анализа отклонений -- выявление наиболее нехарактерных шаблонов.

Классификация используется в случае, если заранее известны классы отнесения объектов. Например, отнесение нового товара к той или иной товарной группе, отнесение клиента к какой-либо категории. При кредитовании это может быть, например, отнесение клиента по каким-то признакам к одной из групп риска.

Регрессия чаще всего используется при прогнозировании объемов продаж, в этом случае зависимой величиной являются объемы продаж, а факторами, влияющими на эту величину, могут быть предыдущие объемы продаж, изменение курса валют, активность конкурентов и т.д. или, например, при диагностике оборудования, когда оценивается зависимость надежности от различных внешних факторов, показателей датчиков, износа оборудования.

Кластеризация может использоваться для сегментирования и построения профилей клиентов (покупателей). При достаточно большом количестве клиентов становится трудно подходить к каждому индивидуально. Поэтому клиентов удобно объединить в группы - сегменты со сходными признаками. Выделять сегменты клиентов можно по нескольким группам признаков. Это могут быть сегменты по сфере деятельности, по географическому расположению. После сегментации можно узнать, какие именно сегменты являются наиболее активными, какие приносят наибольшую прибыль, выделить характерные для них признаки. Эффективность работы с клиентами повышается за счет учета их персональных или групповых предпочтений.

Ассоциации помогают выявлять совместно приобретаемые товары. Это может быть полезно для более удобного размещения товара на прилавках, стимулирования продаж. Тогда человек, купивший пачку спагетти, не забудет купить к ним бутылочку соуса.

Последовательные шаблоны могут быть использованы, например, при планировании продаж или предоставлении услуг. Например, если человек приобрел фотопленку, то через неделю он отдаст ее на проявку и закажет печать фотографий.

Для анализа отклонений необходимо сначала построить шаблон типичного поведения изучаемого объекта. Например, поведение человека при использовании кредитных карт. Тогда будет известно, что клиент (покупатель) использует карту регулярно два раза в месяц и приобретает товар в пределах определенной суммы. Отклонением будет, например, не запланированное приобретение товара по данной карте на большую сумму. Это может говорить об ее использовании другим лицом, то есть о факте мошенничества.

К базовым методам Data Mining, позволяющим решать перечисленные задачи относят:

- автокорреляцию;

- линейную регрессию;

- логистическую регрессию;

- нейронные сети;

- прогнозирование;

- деревья решений;

- ассоциативные правила;

- пользовательские модели;

- карты Кохонена;

3. Модели управления передачей, обработкой и хранением данных в информационных системах

Как правило, компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер...). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находиться, как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

Основной принцип технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций приложения на три группы:

- ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);

- прикладные функции, характерные для данной предметной области;

- функции управления ресурсами (файловой системой, базой данных и т.д.)

Поэтому, в любом приложении выделяются следующие компоненты:

- компонент представления данных

- прикладной компонент

- компонент управления ресурсом

Связь между компонентами осуществляется по определенным правилам, которые называют "протокол взаимодействия".

Компанией Gartner Group, специализирующейся в области исследования информационных технологий, предложена следующая классификация двухзвенных моделей взаимодействия клиент-сервер (двухзвенными эти модели называются потому, что три компонента приложения различным образом распределяются между двумя узлами):

Исторически первой появилась модель распределенного представления данных, которая реализовывалась на универсальной ЭВМ с подключенными к ней неинтеллектуальными терминалами. Управление данными и взаимодействие с пользователем при этом объединялись в одной программе, на терминал передавалась только "картинка", сформированная на центральном компьютере.

Затем, с появлением персональных компьютеров (ПК) и локальных сетей, были реализованы модели доступа к удаленной базе данных. Некоторое время базовой для сетей ПК была архитектура файлового сервера. При этом один из компьютеров является файловым сервером, на клиентах выполняются приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент (СУБД и прикладная программа). Протокол обмена при этом представляет набор низкоуровненых вызовов операций файловой системы. Такая архитектура, реализуемая, как правило, с помощью персональных СУБД, имеет очевидные недостатки - высокий сетевой трафик и отсутствие унифицированного доступа к ресурсам.

С появлением первых специализированных серверов баз данных появилась возможность другой реализации модели доступа к удаленной базе данных. В этом случае ядро СУБД функционирует на сервере, протокол обмена обеспечивается с помощью языка SQL. Такой подход по сравнению с файловым сервером ведет к уменьшению загрузки сети и унификации интерфейса "клиент-сервер". Однако, сетевой трафик остается достаточно высоким, кроме того, по прежнему невозможно удовлетворительное администрирование приложений, поскольку в одной программе совмещаются различные функции.

Позже была разработана концепция активного сервера, который использовал механизм хранимых процедур. Это позволило часть прикладного компонента перенести на сервер (модель распределенного приложения). Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, что и SQL-сервер. Преимущества такого подхода: возможно централизованное администрирование прикладных функций, значительно снижается сетевой трафик (т.к. передаются не SQL-запросы, а вызовы хранимых процедур). Недостаток - ограниченность средств разработки хранимых процедур по сравнению с языками общего назначения (C и Pascal).

На практике сейчас обычно используются смешанный подход:

- простейшие прикладные функции выполняются хранимыми процедурами на сервере

- более сложные реализуются на клиенте непосредственно в прикладной программе

На сегодня при создании ИС популярна концепция "тонкого клиента", функцией которого остается только отображение данных (модель удаленного представления данных). Данная концепция базируется на разработке компании MS Active Server Pages (ASP), основной целью которой является создание встроенных в Web-страницы серверных сценариев. Использование данной технологии позволяет использовать в стандартном тексте HTML-страниц фрагменты кода, которые будут выполняться непосредственно на Web-сервере. При этом пользователю будет представляться сформированная на основании приведенных действий ASP Web-страница.

В последнее время также наблюдается тенденция ко все большему использованию модели распределенного приложения. Характерной чертой таких приложений является логическое разделение приложения на две и более частей, каждая из которых может выполняться на отдельном компьютере. Выделенные части приложения взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями в заранее согласованном формате. В этом случае двухзвенная архитектура клиент-сервер становится трехзвенной, а к некоторых случаях, она может включать и больше звеньев.

4. Основные понятия реляционной модели данных

информационный реляционный документ

Основу модели составляет набор взаимосвязанных таблиц, в которых хранятся данные.

Схема базы данных - набор заголовков таблиц, взаимосвязанных друг с другом

Заголовок отношения - заголовок таблицы - названия полей (столбцов) таблицы

Тело отношения - тело таблицы - совокупность значений для всех объектов реального мира, которая представлена в виде записей таблицы (строк таблицы)

Схема отношения - строка заголовков столбцов

Кортеж отношения - строка таблицы, однозначное представление объекта реального мира

Домен - множество допустимых значений атрибута

Степень отношения - количество столбцов отношения

Мощность отношения количество строк (КОРТЕЖЕЙ)

Целостность данных - это механизм поддержания соответствия базы данных предметной области. В реляционной модели данных определены два базовых требования обеспечения целостности:

ь целостность сущностей - каждый кортеж любого отношения должен отличатся от любого другого кортежа этого отношения (т.е. любое отношение должно обладать первичным ключом). Очевидно, что если данное требование не соблюдается (т.е. кортежи в рамках одного отношения не уникальны), то в базе данных может хранится противоречивая информация об одном и том же объекте. Поддержание целостности сущностей обеспечивается средствами системы управления базой данных (СУБД). Это осуществляется с помощью двух ограничений:

1. при добавлении записей в таблицу проверяется уникальность их первичных ключей;

2. не позволяется изменение значений атрибутов, входящих в первичный ключ.

ь целостность ссылок (ссылочная целостность).

Наряду с первичными ключами отношения имеют внешние ключи. Если отношение С связывает отношения А и В, то оно должно включать внешние ключи, соответствующие первичным ключам отношений А и В.

Условие ссылочной целостности ставит следующие проблемы проектирования БД:

ь возможно или невозможно появление во внешних ключах неопределенных значений (NULL-значения - значения атрибута для отсутствующей информации);

ь что произойдет при попытке удаления кортежей из отношения, на который ссылается внешний ключ. При этом существуют следующие возможности:

1. операция каскадируется - то есть удаление кортежей в отношении приводит к удалению соответствующих кортежей в связанном отношении;

2. операция ограничивается - то есть удаляются лишь те кортежи, для которых связанной информации в другом отношении нет. Если такая информация имеется, то удаление осуществлять нельзя.

ь что произойдет при попытке обновления первичного ключа отношения, на которое ссылается некоторый внешний ключ. При этом существуют следующие возможности:

1. операция каскадируется - то есть при обновлении первичного ключа происходит обновление внешнего ключа в связанном отношении;

2. операция ограничивается - то есть обновляются лишь те первичные ключи, для которых связанной информации в другом отношении нет. Если таковая информация имеется, то обновление сделать нельзя.

Нормализация - процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Нормализация позволяет быть уверенным, что каждый атрибут определен для своей сущности, значительно сократить объем памяти для хранения информации и устранить аномалии в организации хранения данных. В результате проведения нормализации должна быть создана структура данных, при которой информация о каждом факте хранится только в одном месте. Процесс нормализации сводится к последовательному приведению структуры данных к нормальным формам - формализованным требованиям к организации данных. Известны шесть нормальных форм:

ь первая нормальная форма (1NF);

ь вторая нормальная форма (2NF);

ь третья нормальная форма (3NF);

ь нормальная форма Бойса - Кодда (усиленная 3NF);

ь четвертая нормальная форма (4NF);

ь пятая нормальная форма (5NF).

На практике обычно ограничиваются приведением данных к третьей нормальной форме. Нормальные формы основаны на понятии функциональной зависимости (в дальнейшем «зависимость»).

Функциональная зависимость - Атрибут В сущности Е функционально зависит от атрибута А сущности Е, если в любой момент времени каждому значению В соответствует ровно одно значение А. т. е. А однозначно определяет В.

Полная функциональная зависимость - Атрибут В сущности Е полностью функционально зависит от ряда атрибутов А сущности Е, если В функционально зависит от А и не зависит ни от какого подряда А.

Первая нормальная форма (1NF). Сущность находится в первой нормальной форме тогда и только тогда, когда все атрибуты содержат атомарные значения. Среди атрибутов не должно встречаться повторяющихся групп, т. е. несколько значений для каждого экземпляра.

Для приведения сущности к первой нормальной форме следует:

ь разделить сложные атрибуты на атомарные,

ь создать новую сущность,

ь перенести в нее все «повторяющиеся» атрибуты,

ь выбрать возможный ключ для новой сущности (или создать новый ключ);

ь установить связь от прежней сущности к новой, Первичный ключ прежней сущности станет внешним ключом для новой сущности.

Вторая нормальная форма (2NF). Сущность находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме, и каждый неключевой атрибут полностью зависит от первичного ключа (не должно быть зависимости от части ключа). Вторая нормальная форма имеет смысл только для сущностей, имеющих сложный первичный ключ.

Для приведения сущности ко второй нормальной форме следует:

ь выделить атрибуты, которые зависят только от части первичного ключа, создать новую сущность;

ь поместить атрибуты, зависящие от части ключа, в их собственную (новую) сущность;

ь установить связь от прежней сущности к новой.

Третья нормальная форма (3NF). Сущность находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме и никакой неключевой атрибут не зависит от другого неключевого атрибута (не должно быть взаимозависимости между неключевыми атрибутами).

Для приведения сущности к третьей нормальной форме следует:

ь создать новую сущность и перенести в нее атрибуты с одной и той же зависимостью от неключевого атрибута;

ь использовать атрибут(ы), определяющий эту зависимость, в качестве первичного ключа новой сущности;

ь установить связь от новой сущности к старой.

5. Понятие и составляющие информационного обеспечения систем управления. Базы данных и знаний. Понятие и функции системы управления базами данных

Информационное обеспечение - это совокупность методов и средств по размещению и организации информации, включающих в себя системы: классификации и кодирования; унифицированные системы документации, рационализации документооборота и форм документов; методов создания внутримашинной информационной базы ИС.

Таким образом, сферы информационного обеспечения:

1. Внемашинная сфера (внемашинная информационная база и средства организации и ведения внемашинной информационной базы)

2. Внутримашинная сфера (внутримашинная информационная база и средства организации и ведения внутримашинной информационной базы)

Внемашинная информационная база служит источником формирования внутримашинной информационной базы. Наиболее важными вопросами подготовки внемашинного информационного обеспечения предметной области являются:

ь определение состава документов, содержащих необходимую информацию для решения задач пользователя;

ь определение форм документов и структуры информации (выявление структурных единиц информации и их взаимосвязей);

ь классификация и кодирование информации, обрабатываемой в задачах пользователя;

ь разработка инструктивных и методических материалов по ведению документов информации для обработки.

К средствам организации и ведения внемашинной информационной базы относятся:

1. Системы классификации и кодирования информации

2. Унифицированные системы документов

3. Инструктивные и методические материалы по ведению документов

К внутримашинной информационной базе относятся:

ь базы данных;

ь базы знаний;

ь отдельные невзаимозависимые массивы входных, выходных и промежуточных данных, хранимых на машинном носителе.

К средствам организации и ведения внутримашинной информационной базы относятся:

ь программные средства организации и ведения внутримашинной информационной базы (системы, основанные на концепциях база данных и баз знаний, программные средства ввода и контроля данных, сервисные средства копирования и архивирования, прикладные программы пользователя и т.п.);

ь технологические инструкции по ведению информационной базы на машинных носителях.

База данных - организованная совокупность данных, состоящая из связанных между собой данных об объектах некоторой предметной области, их свойствах и характеристиках.

База знаний - организованная совокупность знаний, относящихся к какой-нибудь предметной области, представленная определенной структурой.

Данные - информация фактического характера, описывающая объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства.

Знания описывают не только отдельные факты, но и взаимосвязи между ними. В компьютере знания должны быть представлены определенными структурами данных, соответствующими среде разработки интеллектуальной информационной системе. По своей природе знания делятся на декларативные и процедурные. Декларативные знания представляют собой описания фактов и явлений, фиксируют наличие или отсутствие таких фактов, также включают описания основных связей и закономерностей, в которые эти факты и явления входят. Процедурные знания - это описания действий, которые возможны при манипулировании фактами и явлениями для достижения намеченных целей.

Система управления базами данных (СУБД) - программное средство, предназначенное для организации и ведения логически взаимосвязанных данных на внешнем носителе, а также обеспечивающее доступ к данным.

Интеллектуальная информационная система основана на концепции использования баз знаний для генерации алгоритмов решения прикладных задач различных классов в зависимости от конкретных информационных потребностей пользователей.

К функциям СУБД относят следующие (к лекции по СУБД):

ь управление данными непосредственно в БД - функция, обеспечивающая хранение данных, непосредственно входящих в БД и служебной информации, обеспечивающей работу СУБД;

ь управление данными в памяти компьютера - функция, связанная в первую очередь с тем, что СУБД работают с БД большого размера. В целях ускорения работы СУБД используется буферизация данных в оперативной памяти компьютера. При этом пользователь получает только необходимую для его конкретной задачи часть БД, а при необходимости получает новую «порцию» данных;

управление транзакциями - функция СУБД, которая производит ряд операций над БД, как единым целым. Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Транзакция переводит БД из одного целостного состояния в другое.

ь управление изменениями в БД и протоколирование - функция, связанная с надежностью хранения данных, то есть возможностью СУБД восстанавливать состояние БД в аварийных ситуациях, например, при случайном выключении питания или сбое носителя информации. Для восстановления БД нужно располагать дополнительной информацией, по которой осуществляется восстановление. С этой целью ведется протокол изменений БД, в которой перед манипуляциями с данными делается соответствующая запись. Для восстановления БД после сбоя СУБД используется протокол и архивная копия БД - полная копия БД к моменту начала заполнения протокола.

ь поддержка языков БД - для работы с БД используется специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В СУБД обычно поддерживается единый язык, содержащий все необходимые средства - от создания БД до обеспечения пользовательского интерфейса при работе с данными. Наиболее распространенным в настоящее время языком СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

6. Понятие и составляющие информационной системы (ИС). Модели жизненного цикла ИС. Классы задач, решаемые ИС

Информационная система (в контексте управления) представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, переработке информации для реализации функции управления

Информационная система (ИС), как правило, включает следующие компоненты:

1. функциональные компоненты;

2. компоненты системы обработки данных и знаний;

3. организационные компоненты.

Под функциональными компонентами понимается система функций управления - полный набор взаимосвязанных во времени и пространстве работ по управлению, необходимых для достижения целей управления.

Системы обработки данных и знаний предназначены для информационного обслуживания системы управления. Компонентами этой системы являются: информационное обеспечение, программное обеспечение, техническое обеспечение, правовое обеспечение, лингвистическое обеспечение.

Выделение организационной компоненты обусловлено особой значимостью человеческого фактора. Под организационными компонентами ИС понимается совокупность методов и средств, позволяющих усовершенствовать организационную структуру системы управления и управленческие функции.

Жизненный цикл ИС определяется как период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ИС и заканчивается в момент ее изъятия из эксплуатации.

Под моделью ЖЦ понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ИС и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует.

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели ЖЦ: задачная модель, каскадная модель, спиральная модель.

При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе (задачная модель) единый поход к разработке неизбежно теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов. Как правило, по мере увеличения количества задач трудности нарастают, приходится постоянно изменять уже существующие программы и структуры данных. Скорость развития системы замедляется, что тормозит и развитие самой организации. Однако в отдельных случаях такая технология может оказаться целесообразной:

- Крайняя срочность (надо чтобы хоть как-то задачи решались; потом придется все сделать заново);

- Эксперимент и адаптация заказчика (не ясны алгоритмы, решения нащупываются методом проб и ошибок).

Общий вывод: достаточно большую эффективную ИС таким способом создать невозможно.

Рассмотрим каскадную и спиральную модели:

Принято выделять следующие этапы ЖЦ ИС: анализ, проектирование, реализация, внедрение, сопровождение.

7. Каскадная модель ЖЦ Спиральная модель ЖЦ

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

ь на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

ь выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Однако, в процессе использования каскадного подхода обнаруживается ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания ИС никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему. В процессе создания системы постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла, делающая упор на начальные этапы ЖЦ ИС: анализ и проектирование.

На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии системы, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Первым видом прототипов является модель системы в графическом виде (например, DFD-модели), доступном для понимания пользователями.

Вторым видом прототипов являются макеты экранных форм, позволяющие согласовать поля базы данных и функции конкретных пользователей.

Третьим видом прототипов являются работающие экранные формы, т.е. уже частично запрограммированные. Это позволяет опробовать программу в действии. Как правило, это вызывает новый поток замечаний и предложений.

В соответствии с этапами ЖЦ ИС можно выделить несколько категорий специалистов, обеспечивающих этот ЖЦ: системные аналитики, программисты, пользователи-специалисты в конкретной предметной области.

Задачи, решаемые ИС, можно свести к ряду типовых:

1. Управление - перевод и поддержание системы в требуемом состоянии;

2. Прогноз - определение будущего процесса по его прошлому и настоящему;

3. Оптимизация - нахождение решений, которые минимизируют или максимизируют определенный критерий качества при заданных ограничениях;

4. Классификация образов - определение принадлежности объектов к одному или нескольким предварительно определенным классам;

5. Кластеризация - разделение объектов на заранее не определенные классы по каким-либо признакам;

6. Аппроксимация функций - оценка неизвестной зависимости по экспериментальным данным.

Обработку данных реляционной модели можно реализовать методами реляционной алгебры.

Реляционная алгебра, определена Коддом и содержит 8 операций, разделенных на две группы:

1. Теоретико - множественные операции - объединение, пересечение, вычитание и декартово произведение.

2. Специальные реляционные операции - выборка, проекция, соединение, деление

Теоретико-множественные операции

Реляционный оператор представляет собой функцию с отношениями в качестве аргументов и возвращающую отношение в качестве результата.

R=f(R1, R2….. Rn)

В качестве аргументов в реляционные операторы могут быть проставлены другие реляционные операторы, подходящие по типу.

R=f(f1(R11, R21….. Rn1), f2(R21, R22….. R2n)….)

В силу этого реляционная алгебра является замкнутой.

Отношения называются совместимыми по типу, если они имеют идентичные заголовки, а именно:

1. отношения имеют одно и тоже множество имен атрибутов, т.е. для любого атрибута в одном отношении найдется атрибут с таким же наименованием в другом отношении.

2. атрибуты с одинаковыми именами определены на одних и тех же доменах.

Некоторые отношения не являются совместимыми по типу, но становятся таковыми после переименования атрибутов.

Оператор переименования R rename A1,A2,… as new A1, new A2…,

Например:

R rename student as starosta

Объединение

Объединением двух совместимых по типу отношений называется отношение с тем же заголовком, что и у R1 и R2, и телом, включающим все кортежи операндов, за исключением повторяющихся.

Синтаксис R1 union R2

R1

Шифр	Фамилия	Стипендия
11	Котова	300
22	Серов	250
33	Леонидов	350

R2

Шифр	Фамилия	Стипендия
11	Котова	300
22	Даниленко	250
55	Леонидов	350

Объединение

Шифр	Фамилия	Стипендия
11	Котова	300
22	Серов	250
33	Леонидов	350
22	Даниленко	250
55	Леонидов	350

Операторы не передают результату никаких данных о потенциальных ключах.

Пересечение

Пересечением двух совместимых по типу отношений R1 и R2 называется отношение с тем же заголовком, что и у отношений R1 и R2, и телом, состоящим из кортежей, принадлежащих одновременно обоим отношениям R1 и R2.

Синтаксис

R1 intersect R2

Шифр	Фамилия	Стипендия
11	Котова	300

Вычитание

Вычитанием двух совместимых по типу отношений R1 и R2, называется отношение с тем же заголовком, что и у отношений R1 и R2, и телом, состоящим из кортежей, принадлежащих отношению R1 и не принадлежащих R2.

Синтаксис R1 minus R2

Шифр	Фамилия	Стипендия
22	Серов	250
33	Леонидов	350

Декартово произведение

Декартовым произведением двух отношений R1(R11, R12, R13…) и R2(R21,R22,R23,…) называется отношение, заголовок которого является сцеплением заголовком отношений R1 и R2:

(R11, R12, R13… R21,R22,R23,…), а тело состоит из кортежей, являющихся сцеплением кортежей отношений R1 и R2

(r11, r12, r13… r21, r22, r23….), таких что (r11, r12, r13…) принадлежит R1, а (r21, r22, r23….) принадлежит R2/

Синтаксис R1 times R2

Мощность произведения равна произведению мощностей. Если атрибуты R1 и R2 имеют атрибуты с одинаковыми наименованиями, то перед выполнением операции декартового произведения такие атрибуты необходимо переименовать. Совместимость по типу не требуется.

R1

Шифр	Фамилия
11	Котова
22	Серов
33	Леонидов

R2

Код	Название
1	Математика
2	Философия

R1 times R2

Шифр	Фамилия	Код	Название
11	Котова	1	Математика
11	Котова	2	Философия
22	Серов	1	Математика
22	Серов	2	Философия
33	Леонидов	1	Математика
33	Леонидов	2	Философия

Специальные реляционные операторы

Выборка (ограничение, селекция)

Выборку называют горизонтальным срезом отношения по некоторому условию.

Выборкой на отношении R с условием С называется отношение с тем же заголовком, что и у отношения R, и телом, состоящим из кортежей, значения атрибутов которых при подстановке в условие С дают значение ИСТИНА.

Обычно условие С имеет вид R11 R12, где принадлежит {=}, а R11 и R12 атрибуты отношения R или скалярные значения. Такие выборки называются - выборки.

Синтаксис R where C или R where R11 R12

Шифр	Фамилия	Стипендия
11	Котова	300
22	Серов	250
33	Леонидов	350

Выборка R where стипендия >250

Шифр	Фамилия	Стипендия
11	Котова	300
33	Леонидов	350

Проекция

Проекцией отношения R по атрибутам R1, R1, R1…Rn, где каждый атрибут принадлежит R, называется отношение с заголовком (R1, R2, R3…Rn) и телом, содержащим множество кортежей вида (r1,r2,r3,…rn). При этом дубликаты кортежи удаляются.

Проекцию называют вертикальным срезом отношения.



Синтаксис R[R1, R2, R3…Rn]

Шифр	Фамилия	Факультет
11	Котова	ФИРЭ
22	Серов	Энергетический
33	Леонидов	ФИРЭ
55	Серов	СФ

R[факультет]

Факультет
ФИРЭ
Энергетический
ФИРЭ
СФ

Соединение

Обычно рассматривают несколько разновидностей операции соединения.

Общая операция соединения

-соединение

Экви-соединение

Естественное соединение

Наиболее важным из этих операций является операция естественного соединения. Так как остальные разновидности соединения являются частными случаями общей операции соединения.

Общая операция соединения:

Соединением отношений R1 и R2 по условию называется отношение

(R1 times R2) where C, где С представляет собой логическое выражение, в которое могут входить атрибуты отношений R1 и R2 и/или скалярные выражения. То есть, чтобы выполнить операцию соединения, необходимо выполнить последовательно операцию декартова произведения и выборки. Если в отношениях R1 и R2 имеются атрибуты с одинаковыми наименованиями, то перед выполнением соединения такие атрибуты необходимо переименовать.

-соединение

(R1 times R2) where R11R21 - -соединение отношения R1 по атрибуту R11 с отношением R2 по атрибуту R21. Записывают и

R1 [R11R21] R2

R1

Шифр	Фамилия	Курс
11	Котова	4
22	Серов	1
33	Леонидов	3

R2

Код	Наименование	Семестр
1	Математика	2
2	Ин яз	3
3	Философия	1
4	ИОСУ	9
5	Сложные системы	10

Какие экзамены должны быть сданы студентами, закончившими учебный год

R1[семестр <=2*курс]R2

Шифр	Фамилия	Курс	Код	Наименование	Семестр
11	Котова	4	1	Математика	2
11	Котова	4	2	Ин яз	3
11	Котова	4	3	Философия	1
22	Серов	1	3	Философия	1
22	Серов	1	1	Математика	2
33	Леонидов	3	1	Математика	2
33	Леонидов	3	2	Ин яз	3
33	Леонидов	3	3	Философия	1

Экви соединение это соединение, когда есть равенство.

Естественное соединение

Пусть даны отношения R1(R11,R12,R13,..R1n,Z1,Z2,…Zn) и R2(Z1,Z2,…Zn, R21,R22,R23,..,R2m). Тогда естественным соединением отношений R1 и R2 называется отношение с заголовком (R11,R12,R13,..R1n,Z1,Z2,…Zn, R21,R22,R23,..,R2m) и телом, содержащим множество кортежей (r11,r12,r13,…r1n,z1,z2,z3,…zn, r21, r22,…r2m), таких что (r11,r12,r13,…r1n,z1,z2,z3,…zn) принадлежит R1, а (z1,z2,z3,…zn, r21, r22,…r2m) принадлежит R2

Синтаксис

R1 join R2

Соединение производится по одинаковым атрибутам.

R1

Шифр	Фамилия
11	Котова
22	Серов
33	Леонидов

R2

Код	Наименование
1	Математика
2	Ин яз
3	Философия

R3

Шифр	Код	Оценка
11	1	5
11	2	4
11	3	5
22	1	3
22	3	4
33	2	5

R1 join R2 join R3

Шифр	Фамилия	Код	Наименование	оценка
11	Котова	1	Математика	5
11	Котова	2	Ин яз	4
11	Котова	3	Философия	5
22	Серов	1	Математика	3
22	Серов	3	Философия	4
33	Леонидов	2	Ин яз	5

Деление

У операции деления два операнда бинарное и унарное. Результативное отношение состоит из одноатрибутивных кортежей, включающих значения первого атрибута кортежей первого операнда-отношения, таких что множество значений второго атрибута совпадает со множеством значений единственного атрибута второго операнда-отношения.

Синтаксис R1 divideby R2

R1

Шифр	Код
11	1
11	2
11	3
22	1
22	3
33	2

R2

Код
1
2
3

R1 divideby R2

Шифр
11

Для работы с БД, которые частично или полностью используют реляционную модель данных предназначен язык SQL. Язык разработан на основе реляционной алгебры и относится к непроцедурным языкам программирования (можно определить то, что необходимо выполнить, а не то как это сделать). Язык оперирует отношениями и в результате инструкций языка получается отношение.

Первый стандарт языка разработан в 1989 году Национальным институтом стандартизации США (ANSI). В 1992 году появилась версия SQL92, в 1999 году SQL3. Сегодня различают различные типы диалектов, расширяющие стандарт языка.

Существуют две формы языка:

Интерактивный - создание запросов в режиме диалога

Встроенный - инструкции языка, которые встраиваются внутрь программ, написанных на другом языке (например, при разработке приложений, обрабатывающих данные, расположенные в БД).

Рассмотрим интерактивную форму.

Типы команд языка

DDl- язык определения данных

CREATE TABLE, ALTER TABLE, DROP TABLE, CREATE VIEW, ALTER VIEW, DROP VIEW, CREATE INDEX, DROP INDEX

DML - язык манипулирования данными

INSERT, UPDATE, DELETE

DQL - язык запросов к данным

SELECT

DCL - язык управления данными, либо команды администрирования данных

CREATE DATABASE, ALTER DATABASE, DROP DATABASE, GRANT (предоставление прав доступа для действий над заданными объектами БД), REVOKE (лишение прав доступа для действий над заданными объектами БД) и др.

Команды администрирования данных- предоставляют возможность аудита и анализа операций внутри БД. Могут использоваться при анализе производительности системы данных в целом.

START AUDIT, STOP AUDIT

Команды управления транзакциями - позволяют выполнить обработку информации, объединенной в транзакцию

COMMIT, ROLLBACK, SAVE POINT, SET TRANSACTION (назначение имени транзакции)

Процедурный язык

DECLARE, OPEN, FETCH, CLOSE, EXECUTE и др.

8. Структурная модель предметной области

Под моделью предметной области понимается некоторая система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой предметной области и отвечающая основному требованию - быть адекватной этой области.

К моделям предметных областей предъявляются следующие требования:

· формализация, обеспечивающая однозначное описание структуры предметной области;

· понятность для заказчиков и разработчиков на основе применения графических средств отображения модели;

· реализуемость, подразумевающая наличие средств физической реализации модели предметной области в ИС;

· обеспечение оценки эффективности реализации модели предметной области на основе определенных методов и вычисляемых показателей.

Для реализации перечисленных требований, как правило, строится система моделей, которая отражает структурный и оценочный аспекты функционирования предметной области.

Структурный аспект предполагает построение:

· объектной структуры, отражающей состав взаимодействующих в процессах материальных и информационных объектов предметной области;

· функциональной структуры, отражающей взаимосвязь функций (действий) по преобразованию объектов в процессах;

· структуры управления, отражающей события и бизнес-правила, которые воздействуют на выполнение процессов;

· организационной структуры, отражающей взаимодействие организационных единиц предприятия и персонала в процессах;

· технической структуры, описывающей топологию расположения и способы коммуникации комплекса технических средств.

Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования -- простота. Графические методы должны обеспечивать возможность структурной декомпозиции спецификаций системы с максимальной степенью детализации и согласований описаний на смежных уровнях декомпозиции

основе различных методологий моделирования предметной области ИС лежат принципы последовательной детализации абстрактных категорий. Обычно модели строятся на трех уровнях: на внешнем уровне (определении требований), на концептуальном уровне (спецификации требований) и внутреннем уровне (реализации требований). Так, на внешнем уровне модель отвечает на вопрос, что должна делать система, то есть определяется состав основных компонентов системы: объектов, функций, событий, организационных единиц, технических средств. На концептуальном уровне модель отвечает на вопрос, как должна функционировать система? Иначе говоря, определяется характер взаимодействия компонентов системы одного и разных типов. На внутреннем уровне модель отвечает на вопрос: с помощью каких программно-технических средств реализуются требования к системе? С позиции жизненного цикла ИС описанные уровни моделей соответственно строятся на этапах анализа требований, логического (технического) и физического (рабочего) проектирования. Рассмотрим особенности построения моделей предметной области на трех уровнях детализации.

Объектная структура

Объект -- это сущность, которая используется при выполнении некоторой функции или операции (преобразования, обработки, формирования и т.д.).

На внешнем уровне детализации модели выделяются основные виды материальных объектов (например, сырье и материалы, полуфабрикаты, готовые изделия, услуги) и основные виды информационных объектов или документов (например, заказы, накладные, счета и т.д.).

На концептуальном уровне построения модели предметной области уточняется состав классов объектов, определяются их атрибуты и взаимосвязи. Таким образом строится обобщенное представление структуры предметной области.

Далее концептуальная модель на внутреннем уровне отображается в виде файлов базы данных, входных и выходных документов ЭИС. Причем динамические объекты представляются единицами переменной информации или документами, а статические объекты -- единицами условно-постоянной информации в виде списков, номенклатур, ценников, справочников, классификаторов. Модель базы данных как постоянно поддерживаемого информационного ресурса отображает хранение условно-постоянной и накапливаемой переменной информации, используемой в повторяющихся информационных процессах.

Функциональная структура

Функция (операция) представляет собой некоторый преобразователь входных объектов в выходные.

На внешнем уровне моделирования определяется список основных бизнес-функций или видов бизнес-процессов. Обычно таких функций насчитывается 15-20.

На концептуальном уровне выделенные функции декомпозируются и строятся иерархии взаимосвязанных функций.

На внутреннем уровне отображается структура информационного процесса в компьютере: определяются иерархические структуры программных модулей, реализующих автоматизируемые функции.

Структура управления

События вызывают выполнение функций, которые, в свою очередь, изменяют состояния объектов и формируют новые события, и т.д., пока не будет завершен некоторый бизнес-процесс.

На внешнем уровне определяются список внешних событий, вызываемых взаимодействием предприятия с внешней средой (платежи налогов, процентов по кредитам, поставки по контрактам и т.д.), и список целевых установок, которым должны соответствовать бизнес-процессы (регламент выполнения процессов, поддержка уровня материальных запасов, уровень качества продукции и т.д.).

На концептуальном уровне устанавливаются бизнес-правила, определяющие условия вызова функций при возникновении событий и достижении состояний объектов.

На внутреннем уровне выполняется формализация бизнес-правил в виде триггеров или вызовов программных модулей.

Организационная структура

Организационная структура представляет собой совокупность организационных единиц, как правило, связанных иерархическими и процессными отношениями. Организационная единица -- это подразделение, представляющее собой объединение людей (персонала) для выполнения совокупности общих функций или бизнес-процессов.

На внешнем уровне строится структурная модель предприятия в виде иерархии подчинения организационных единиц или списков взаимодействующих подразделений.

На концептуальном уровне для каждого подразделения задается организационно-штатная структура должностей (ролей персонала).