Классификация ИС
Информационные системы можно классифицировать по целому ряду различных признаков. В основу рассматриваемой классификации положены наиболее существенные признаки, определяющие функциональные возможности и особенности построения современных систем. В зависимости от объема решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования, информационные системы делятся на ряд групп (классов)
По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции. В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Поиск по неструктурированным данным осуществляется с использованием семантических признаков. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится.
Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой, информационные системы делятся на ручные, автоматические и автоматизированные.
Рис.1. Класcификация информационных систем
Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.
В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия человека.
Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятия "информационная система".
В зависимости от характера обработки данных ИС делятся на информационно-поисковые и информационно-решающие
Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. (Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.)
Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму. По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие принимаемые человеком решения. Для этих систем характерны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных. (Например, ИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета.).
Советующие ИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных. (Например, экспертные системы.)
В зависимости от сферы применения различают следующие классы ИС.
Информационные системы организационного управления - предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр.).
Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи.
ИС управления технологическими процессами (ТП) - служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления, химического состава и т.п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования технологических процессов.
ИС автоматизированного проектирования (САПР) - предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.
Интегрированные (корпоративные) ИС - используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином информационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности.
Проектирование ИС охватывает три основные области:
· проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных;
· проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;
· учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.
Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. В общем виде цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач, включающих в себя обеспечение на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации:
· требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования;
· требуемой пропускной способности системы;
· требуемого времени реакции системы на запрос;
· безотказной работы системы;
· необходимого уровня безопасности;
· простоты эксплуатации и поддержки системы.
Процесс создания ИС делится на ряд этапов (стадий), ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр.).
Обычно выделяют следующие этапы создания ИС: формирование требований к системе, проектирование, реализация, тестирование, ввод в действие, эксплуатация и сопровождение.
На этапе проектирования прежде всего формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных.
Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС.
Конечными продуктами этапа проектирования являются:
· схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа);
· набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций).
Кроме того, на этапе проектирования осуществляется также разработка архитектуры ИС, включающая в себя выбор платформы (платформ) и операционной системы (операционных систем). В неоднородной ИС могут работать несколько компьютеров на разных аппаратных платформах и под управлением различных операционных систем. Кроме выбора платформы, на этапе проектирования определяются следующие характеристики архитектуры:
· будет ли это архитектура "файл-сервер" или "клиент-сервер";
· будет ли это 3-уровневая архитектура со следующими слоями: сервер, ПО промежуточного слоя (сервер приложений), клиентское ПО;
· будет ли база данных централизованной или распределенной. Если база данных будет распределенной, то какие механизмы поддержки согласованности и актуальности данных будут использоваться;
· будет ли база данных однородной, то есть, будут ли все серверы баз данных продуктами одного и того же производителя (например, все серверы только Oracle или все серверы только DB2 UDB). Если база данных не будет однородной, то какое ПО будет использовано для обмена данными между СУБД разных производителей (уже существующее или разработанное специально как часть проекта);.
· будут ли для достижения должной производительности использоваться параллельные серверы баз данных (например, Oracle Parallel Server, DB2 UDB и т.п.).
Этап проектирования завершается разработкой технического проекта ИС.
На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации.
Этап тестирования обычно оказывается распределенным во времени.
После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели:
· обнаружение отказов модуля (жестких сбоев);
· соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций).
После того как автономный тест успешно пройдет, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние.
Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, во-первых, тесты имитации отказов системы, а во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему.
Затем весь комплект модулей проходит системный тест - тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы.
Последний тест информационной системы - приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика.
Обобщенная схема жизненного цикла ЭИС
К основным целям процесса относится следующее:
· сформулировать потребность в новой ЭИС (идентифицировать все недостатки существующей ЭИС)
· выбрать направление и определить экономическую целесообразность проектирования ЭИС.
СА начинается с описания и анализа функционирования рассматриваемого экономического объекта в соответствии с требованиями (целями), которые к нему предъявляются (блок 1). В результате выявляются основные недостатки существующей ЭИС, на основе которых формулируется потребность в совершенствовании системы управления этим объектом, И ставится задача определения экономически обоснованной необходимости автоматизации определенных функций управления (блок 2), т.е. создается технико-экономическое обоснование проекта. После определения этой потребности возникает проблема выбора направлений совершенствования объекта на основе выбора программно-технических средств (блок 3). Результаты оформляются в виде технического задания на проект, в котором отражаются технические условия и требования к ЭИС, а также ограничения на ресурсы проектирования. Требования определяются в терминах функций, реализуемых системой. И предоставляемой ею информацией.
2. Системный синтез (от ФА до проекта системы)
Процесс предполагает
o Разработать функциональную архитектуру ЭИС, которая отражает структуру выполняемых функций
o Разработать системную архитектуру, выбранного варианта ЭИС, т.е. состав обеспечивающих подсистем
o Выполнить реализацию проекта
Этап по составлению функциональной архитектуры (ФА) представляющей собой совокупность функциональных подсистем и связей между ними (блок 4) является наиболее ответственным с точки зрения качества всей последующей разработки
Построение системной архитектуры (СА) на основе ФА (блок 5) предполагает выделение элементов и модулей информационного, технического, программного обеспечения и других обеспечивающих подсистем, определение связей по информации и управлению между выделенными элементами и разработку технологии обработки информации.
Этап конструирования (физического проектирования системы) включает разработку инструкций пользователя и программиста, создание информационного обеспечения, включая наполнение баз данных (блок 6).
3. Внедрение разработанного проекта (блоки 7-10). Процесс предполагает выполнение этапов опытного и промышленного внедрения. Опытное внедрение заключается в проверке работоспособности элементов и модулей проекта, устранения ошибок на уровне элементов и связей между ними.
Этап сдачи в промышленную эксплуатацию предполагает организацию проверки проекта на уровне функций и контроля соответствия его требованиям, сформулированным на стадии системного анализа.
4. Эксплуатация и сопровождение проекта. На этой стадии (блоки 11-12) выполняются этапы: эксплуатация проекта системы и модернизация проекта ЭИС.
Рассмотренная схема включает в свой состав только основные процессы, реальный набор которых и их разбиение на этапы и технологические операции в значительной степени зависят от выбираемой технологии проектирования, о чем более подробно будет сказано в последующих разделах данной работы.
Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одномуиз следующих направлений:
· многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
· компьютерные (вычислительные) сети.
Многомашинный вычислительный комплекс —группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационно-вычислительный процесс. Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:
· локальными, при условии установки компьютеров в одном помещении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;
· дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используются телефонные каналы связи.
Компьютерная (вычислительная) сеть —совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
¨ компьютерные (вычислительные) сети - высшая форма многомашинных ассоциаций.
Отличия компьютерных сетей от многомашинных вычислительных комплексов.
· Размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две-три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до сотен и тысяч километров.
· Разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.
· Необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.
В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса.
· Локальные сети (LAN – Local Area Network) связывают абонентов одного или нескольких близлежащих зданий одного предприятия, учреждения. Расстояние между ЭВМ в локальной сети небольшие - до 10 км, а при использовании радиоканалов связи - до 20 км. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д.
· Региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network) объединяют пользователей города, региона, отдельной небольшой страны. Расстояние между абонентами региональной вычислительной сети - десятки-сотни километров.
· Глобальные сети (WAN – Wide Area Network) объединяют пользователей, расположенных по всему миру. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.
Для оценки качества коммуникационной сети можно использовать следующие характеристики:
· Скорость передачи данных по каналу связи, которая измеряется количеством битов информации, передаваемой в секунду. Часто используется единица измерения скорости - бод. Бод - число изменений состояния среды передачи в секунду.
Т.к. каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.
· Пропускная способность канала связи - количество знаков, передаваемых по каналу за единицу времени - секунду.
· Достоверность передачи информации - отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак - ошибок/знак. Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах: одна ошибка на миллион или на десять миллионов переданных знаков.
· Надежность каналов связи и модемов определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы - час. Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточно большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов.
Сетевое программное обеспечение
Функциональные возможности сети определяются теми услугами, которые она предоставляет пользователю. Для реализации каждой из услуг сети и доступа пользователя к этой услуге разрабатывается программное обеспечение.
Программное обеспечение, предназначенное для работы в сети, должно быть ориентированным на одновременное использование многими пользователями. В настоящее время получили распространение две основные концепции построения такого программного обеспечения.
1. Файл-сервер. В этой концепции сетевое программное обеспечение ориентировано на предоставление многим пользователям ресурсов некоторого общедоступного главного компьютера сети, называемого файловым сервером. Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Это название он получил потому, что основным ресурсом главного компьютера являются файлы. Это могут быть файлы, содержащие программные модули или данные. Очевидно, емкость дисков файлового сервера должна быть больше, чем на обычном компьютере, т.к. он используется многими компьютерами. В сети может быть несколько файловых серверов.
Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети. через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.
Файловый сервер работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным.
Сетевое программное обеспечение, управляющее ресурсами файлового сервера и предоставляющее к ним доступ многим пользователям сети, называется сетевой операционной системой.
Основная часть сетевой операционной системы размещается на файловом сервере; на рабочих станциях устанавливается только небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами, обращающимися за ресурсом, и файловым сервером. Вся обработка данных, даже если они являются общим ресурсом и хранятся на файловом сервере, производится на компьютере пользователя. Очевидно, что для этого файлы, в которых хранятся данные, должны быть перемещены на компьютер пользователя.
Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентами и сервером.
Клиент - это рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файлов, поиск информации в базе данных. Сервер выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запросов передаются клиентам. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает клиенту. Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных сетях, так и в сети с выделенным сервером.
Компьютерные сети основаны на принципе клиент-сервер, в соответствии, с которым действия по обработке информации, необходимые для выполнения конкретной задачи, разделены между компьютерами, выполняющие функции клиентов и серверов. Это прямая противоположность модели большой ЭВМ, в которой центральный компьютер выполняет всю обработку информации и просто пересылает результаты пользователю на удаленный терминал.
Сервер – это компьютер, обеспечивающий доступ к информации другим компьютерам в тот момент, когда им требуется. Клиент - компьютер, запрашивающий информацию у сервера. Оба термина могут быть применены как к физическим устройствам, так и к программному обеспечению.
Например, сетевые базы данных, как правило, целиком хранятся на сервере, находящимся в режиме ожидания запросов от клиентов. Пользователь рабочей станции запускает программу - клиент, с помощью которой формулирует запросы на выборку из базы данных и отправляет их серверу.
Сервер отвечает на запросы и посылает требуемую информацию рабочей станции, которая обрабатывает и предоставляет её пользователю. В этом случае рабочие станции должны обеспечить пользовательский интерфейс и перевод требования пользователя на язык запросов, «понятный» серверу, а также прием возвращенной сервером информации и предъявление её пользователю в понятной для него форме. Сервер может обслуживать десятки или сотни клиентов, то есть он должен быть мощным компьютером, однако, в результате перекладывания некоторых функций на рабочие станции, нагрузка на него по обработке информации даже близко не сравнима с таковой при использовании большой ЭВМ.
В серверных сетях осуществляется четкое разделение функций между компьютерами: одни их них постоянно являются клиентами, а другие — серверами. Учитывая многообразие услуг, предоставляемых компьютерными сетями, существует несколько типов серверов, а именно: сетевой сервер, файловый сервер, сервер печати, почтовый сервер и др.
Сетевой сервер представляет собой специализированный компьютер, ориентированный на выполнение основного объема вычислительных работ и функций по управлению компьютерной сетью. Этот сервер содержит ядро сетевой операционной системы, под управлением которой осуществляется работа всей локальной сети. Сетевой сервер обладает достаточно высоким быстродействием и большим объемом памяти. При подобной сетевой организации функции рабочих станций сводятся к вводу-выводу информации и обмену ею с сетевым сервером.
Термин файловый сервер относится к компьютеру, основной функцией которого является хранение, управление и передача файлов данных. Он не обрабатывает и не изменяет сохраняемые и передаваемые им файлы. Сервер может "не знать", является ли файл текстовым документом, графическим изображением или электронной таблицей. В общем случае на файловом сервере может даже отсутствовать клавиатура и монитор. Все изменения в файлах данных осуществляются с клиентских рабочих станций. Для этого клиенты считывают файлы данных с файлового сервера, осуществляют необходимые изменения данных и возвращают их обратно на файловый сервер. Подобная организация наиболее эффективна при работе большого количества пользователей с общей базой данных. В рамках больших сетей может одновременно использоваться несколько файловых серверов.
Сервер печати (принт-сервер) представляет собой печатающее устройство, которое с помощью сетевого адаптера подключается к передающей среде. Подобное сетевое печатающее устройство является самостоятельным и работает независимо от других сетевых устройств. Сервер печати обслуживает заявки на печать от всех серверов и рабочих станций. В качестве серверов печати используются специальные высокопроизводительные принтеры.
При высокой интенсивности обмена данными с глобальными сетями в рамках локальных сетей выделяются почтовые серверы, с помощью которых обрабатываются сообщения электронной почты. Для эффективного взаимодействия с сетью Internet могут использоваться Web-серверы.
Одноранговая сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.
Достоинства одноранговых сетей:
· низкая стоимость;
· высокая надежность.
Недостатки одноранговых сетей:
· зависимость эффективности работы сети от количества станций;
· сложность управления сетью;
· сложность обеспечения защиты информации;
· трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.
Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций. Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры и модемы.
Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляются через сервер.
Достоинства сети с выделенным сервером:
• надежна система защиты информации;
• высокое быстродействие;
• отсутствие ограничений на число рабочих станций;
• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.
Недостатки сети:
• высокая стоимость из-за выделения одного компьютера на сервер;
• зависимость быстродействия и надежности от сервера;
• меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.
Топология сети определяется размещением узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры.
Топология «звезда». Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем объединяющему устройству. Все сообщения проходят через центральное устройство, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к нужным или всем компьютерам (рис.1).
Звездообразная структура чаще всего предполагает нахождение в центральном узле специализированной ЭВМ или концентратора.
Достоинства «звезды»:
· простота периферийного оборудования;
· каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;
· высокий уровень защиты данных;
· легкое обнаружение неисправности в кабельной сети.
Недостатки «звезды»:
· выход из строя центрального устройства ведет к остановке всей сети;
· высокая стоимость центрального устройства;
· уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключенных к сети.
Топология «кольцо». Все компьютеры соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении (рис.2). Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше как бы по эстафете; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.
Достоинства «кольца»:
· отсутствие дорогого центрального устройства;
· легкий поиск неисправных узлов;
· отсутствует проблема маршрутизации;
· пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;
· простота контроля ошибок.
Недостатки «кольца»:
· трудно включить в сеть новые компьютеры;
· каждый компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;
· в случае выхода из строя хотя одного компьютера или отрезка кабеля вся сеть парализуется.