Длительное время различные направления автоматизированных информационных систем (АИС) развивались независимо, и поэтому в настоящее время нет единой трактовки и устоявшейся их классификации.
В 60-е годы была осознана роль информации как важнейшего ресурса любой организации, предприятия. Началась разработка АИС различного назначения, совершенствовались различные программные процедуры и средства вычислительной техники для обработки данных, наращивалась память ЭВМ, развивались средства телекоммуникаций. Работы по созданию АИС в нашей стране велись в двух направлениях:
1) разработка АИС как первой очереди автоматизированных систем управления (АСУ);
2) разработка автоматизированных систем научно-технической информации (АСНТИ).
В первом направлении выделялись АСУ различных уровней: АСУТП – для автоматизации технологических процессов, АСУП – для автоматизации организационного управления предприятием или организацией, ОАСУ – отраслевые автоматизированные системы управления, ОГАС – общегосударственная автоматизированная система. Информационная сфера предприятия или любой организации разнообразна и включает широкий спектр всевозможных видов информации. Однако за основной, или базовый, метод построения этих систем был принят метод регистрации и хранения информации в виде отдельных фактов (значений, событий, операций и т.п.) с последующей их группировкой и объединением по различным признакам (в соответствии с алгоритмами управления в системе) и выводом итогов в формах и документах, необходимых и удобных для решения конкретных управленческих (пользовательских) задач. Поэтому АСУ относят к классу фактографических систем.
Второе направление было связано с обеспечением научно-технической информацией практически всех видов народнохозяйственной деятельности. В нашей стране был принят единый порядок разработки общегосударственной АСНТИ. В ее структуре были предусмотрены общегосударственные, отраслевые и региональные органы, отделы и бюро научно-технической информации (НТИ, ОНТИ и БТИ соответственно) на предприятиях, в научно-исследовательских институтах и других организациях. При создании этих систем использовали методы обработки документальной информации (монографий, отчетов, статей, писем, справочников, законодательных и нормативных актов и т.п.), позволяющие решать задачи семантического анализа текста, его реферирования, перевода с одного языка на другой и т.д. Именно в системах этого класса были введены понятия информационно-поисковой системы (ИПС), информационно-справочной системы (ИСС), информационно-логической системы (ИЛС), информационно-поискового языка (ИПЯ), дескриптора, тезауруса, релевантности информационного поиска, семантики и грамматики языка системы. Поэтому эти системы относят к классу документальных систем.
В 1990–91 гг. работы по созданию централизованных АСУ и АСНТИ были приостановлены. Некоторое время создавали в основном локальные информационные системы отдельных фирм, страницы фактографической и документальной информации в Интернете. Однако по мере адаптации к новым экономическим условиям вновь появляются АИС крупных организаций (например, крупных коммерческих банков, Газпрома и т.д.), регионов.
При переходе к рыночной экономике и правовому государству возрастает роль нормативно-правовой и нормативно-методической информации. Развиваются автоматизированные системы нормативно-методического обеспечения управления (АСНМОУ), автоматизированные системы нормативно-правовой документации (АСНПД), экономические информационные системы (ЭИС), системы поддержки принятия решений (СППР), экспертные системы (ЭС), информационные системы мониторинга (ИСМ) и т.п. Большинство из них следует отнести к классу документально-фактографических систем.
Общим для АИС является то, что они предназначены для регистрации, хранения и переработки информации с целью поиска и выдачи ответов на запросы пользователей. АИС являются подклассом класса обобщенных динамических систем. В настоящее время в большинстве случаев они разрабатываются как банки данных и знаний.
Банк данных (БнД) – это АИС, включающая в свой состав комплекс специальных методов и средств (математических, информационных, программных, языковых, организационных и технических) для поддержания динамической информационной модели предметной области с целью обеспечения информационных запросов пользователей.
Предметная область (ПО) – это область применения конкретного БнД. Различают БнД, применяемые в сфере управления предприятиями и организациями, транспортом, в медицине, научных исследованиях и т.д.
Банк данных выступает в роли специальной обеспечивающей подсистемы в составе АСУ различного профиля (рис. 1.1).
Задача поддержания информационной модели в необходимом состоянии требует, чтобы в БнД выполнялись операции хранения и модификации (последняя представляет собой совокупность операций «включить», «удалить», «изменить данные») информационной модели в соответствии с возникающими изменениями в состоянии объектов ПО. Кроме того, с развитием АС видоизменяется состав объектов ПО и связи между ними, что также -должно найти отражение в соответствующих изменениях информационной модели. В АС используется самая разнообразная по смысловому содержанию информация, представленная в различных кодах. Поэтому организация БнД должна быть достаточно гибкой, чтобы обеспечивать использование информации различных видов и изменять при необходимости структуру хранимой информации.
Задача обеспечения информационных запросов пользователей имеет два аспекта, которые необходимо рассматривать и учитывать при проектировании БнД. Во-первых, определение границ конкретной ПО и разработка описания соответствующей информационной модели. БнД должен обеспечивать АС всей необходимой информацией, а в идеальном случае даже той, которая может потребоваться при расширении АС. Во-вторых, разработка БнД ориентирована на эффективное обслуживание всех пользователей. Исходя из этого следует проанализировать типы и виды запросов тех лиц, которые будут пользоваться услугами БнД, а также функциональные задачи, для которых БнД является источником информации.
Наличие постоянных и разовых пользователей в АС, а следовательно, потока регламентированных и произвольных по содержанию запросов, требует разработки специальных подходов к определению границ ПО и проектированию состава элементов информационной модели. Если бы в системе существовал только поток регламентированных запросов и не предполагалось бы ее развитие, то можно было бы определить границы ПО и выполнить проектирование исходя из анализа всей совокупности запросов пользователей. Это так называемый подход к проектированию «от запросов пользователей». Однако наличие потока произвольных по содержанию запросов и развитие АС во времени не позволяют в полной мере его использовать. Необходим подход, позволяющий прогнозировать смысловое содержание ожидаемой совокупности произвольных запросов и называемый подходом «от реального мира». Суть его заключается в следующем. С помощью экспертов определяются границы ПО (состав объектов, их свойства и отношения с учетом развития системы), после чего проектируется модель. Этот подход базируется на предположении, что произвольные запросы пользователей соответствуют тематической направленности АС.
Подход «от реального мира» является основным, а подход «от запросов пользователей» используется для уточнения границ ПО и имеет наибольшее применение в период использования АС, когда накапливается достаточно информации о содержании произвольных запросов и необходима коррекция границ ПО и состава элементов информационной модели.
Услугами БнД обычно пользуется большое число пользователей, поэтому в нем предусматривается специальное средство приведения всех запросов к единой терминологии – словарь данных. Кроме того, существуют специальные методы эквивалентных грамматических преобразований запросов для построения оптимальных процедур их обработки, а также специальные методы доступа к одним и тем же данным различных пользователей при совпадении во времени поступивших запросов. Как правило, со стороны внешних пользователей к БнД предъявляют следующие требования:
1) удовлетворять актуальным информационным потребностям внешних пользователей, обеспечивать возможность хранения и модификации больших объемов многоаспектной информации, удовлетворять выявленным и вновь возникающим потребностям внешних пользователей;
2) обеспечивать заданный уровень достоверности хранимой информации и ее непротиворечивость;
3) обеспечивать доступ к данным только пользователям с соответствующими полномочиями;
4) обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков;
5) удовлетворять заданным требованиям по производительности при обработке запросов;
6) иметь возможность реорганизации и расширения при изменении границ ПО;
7) обеспечивать выдачу информации пользователю в различной форме;
8) обеспечивать простоту и удобство обращения внешних пользователей за информацией;
9) обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей и т.п.
Стремление к максимальному удовлетворению перечисленных требований приводит к необходимости решения вопроса о централизации управления данными, имеющей ряд преимуществ.
1. Сокращение избыточности хранимых данных. Может быть обеспечена минимально необходимая (например, только для обеспечения требуемой производительности системы) избыточность дублирование) хранимых данных. При установлении факта использования несколькими программами одинаковых данных, такие данные интегрируют и хранят в единственном экземпляре. В дальнейшем их используют во всех соответствующих прикладных программах.
2. Устранение противоречивости хранимых данных. Следствием устранения избыточности данных является устранение возможности возникновения противоречивости одних и тех же данных, хранимых в различных файлах.
3. Многоаспектное использование данных. Централизованное управление позволяет в полной мере решать такой вопрос, как обеспечение новых приложений за счет уже имеющихся данных, т.е. обеспечивается реализация принципа однократного ввода и многократного (многоаспектного) использования данных.
4. Комплексная оптимизация. В максимальной степени устраняются противоречивые требования. Например, на основе анализа требований пользователей можно выбрать такие структуры хранения данных, которые обеспечат наилучшее обслуживание в целом.
5. Обеспечение возможности стандартизации. Например, в представлении данных это упрощает эксплуатацию БнД, обмен данными с другими АС, облегчает выполнение процедур контроля и восстановления данных.
6. Обеспечение возможности санкционированного доступа к данным. Интеграция (объединение) данных приводит к тому, что используемые различными пользователями, они могут пересекаться. В этих условиях особенно важно наличие механизма защиты данных от несанкционированного доступа к ним, т.е. доступ к определенным группам данных должен разрешаться только пользователям с соответствующими полномочиями.
Предоставляя определенные преимущества, централизованное управление данными выдвигает на первый план проблему обеспечения независимости от них прикладных программ. Эта проблема существовала и до появления БнД, так как ее решение обеспечивало снижение затрат ручного труда при написании и корректировке программ. С появлением БнД потребовалось кардинальное решение этой проблемы, поскольку при интеграции данных и оптимизации структур хранения с целью улучшения характеристик процессов обслуживания запросов пользователей требуется изменять хранимое представление данных и методы доступа к ним. Обеспечение независимости прикладных программ от изменений в хранимых данных становится насущной необходимостью. В противном случае требуется выполнять трудоемкие ручные операции по внесению соответствующих изменений в прикладные программы.
Рассматривая данные как один из ресурсов АС, можно отметить, что БнД централизованно управляет этим ресурсом в интересах всей системы. Наличие централизованного управления данными – главная отличительная черта БнД. Таким образом, БнД – это информационная система, реализующая централизованное управление данными в интересах всех пользователей АС, в состав которой она входит.
Банки данных возникли в связи с потребностью в интеграции данных. Дальнейшее продвижение в этом направлении потребовало решения проблемы интеграции и процессов обработки, что привело к появлению банков знаний (БнЗ).
В банках знаний решаемые задачи интегрируются как по данным, так и по их обработке, возрастает интеллектуализация этих систем, цель которой – максимальное удовлетворение забот и проблем пользователей. Использование формальных методов преобразования и интерпретации данных позволяет автоматизировать процессы обработки накопленных в системе знаний, их получение и синтез. Интеграция знаний связана со способами их представления. При представлении знаний при помощи исчисления предикатов интеграцию выполняет само исчисление при описании заданной ПО. Аналогичную роль выполняют модели, основанные на так называемых семантических сетях, фреймах, системах продукций, о чем будет сказано ниже.
Одной из отличительных особенностей БнЗ является наличие в них так называемого интеллектуального интерфейса, в состав которого входят база знаний (БЗ), процессор общения и программа-планировщик. Интеллектуальный интерфейс решает проблему перевода текста, написанного на естественном языке и содержащего условие задачи, в рабочую программу ее решения на ЭВМ. От пользователя требуется ввести в систему корректную постановку задачи, которая его интересует, на том профессиональном языке, на котором он работает в своей ПО, а интеллектуальный интерфейс должен выполнить всю работу, которую ранее выполнял программист.