Описание информационных систем, история зарождения и становления

В настоящее время архитектура клиент-сервер получила признание и широкое распространение как способ организации приложений для рабочих групп и информационных систем корпоративного уровня. Подобная организация работы повышает эффективность выполнения приложений за счет использования возможностей сервера БД, разгрузки сети и обеспечения контроля целостности данных.

Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры клиент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:

- нижний уровень представляет  собой приложения клиентов, имеющие  программный интерфейс для вызова приложения на среднем уровне;

- средний уровень представляет  собой сервер приложений;

- верхний уровень представляет  собой удаленный специализированный  сервер базы данных.

Трехуровневая архитектура позволяет еще больше сбалансировать нагрузку на разные узлы и сеть, а также способствует специализации инструментов для разработки приложений и устраняет недостатки двухуровневой модели клиент-сервер.

В развитии технологии Интернет/интранет основной акцент пока что делается на разработке инструментальных программных средств. В то же время наблюдается отсутствие развитых средств разработки приложений, работающих с базами данных. Компромиссным решением для создания удобных и простых в использовании и сопровождении информационных систем, эффективно работающих с базами данных, стало объединение Интернет/интранет-технологии с многоуровневой архитектурой. При этом структура информационного приложения приобретает следующий вид: браузер — сервер приложений — сервер баз данных — сервер динамических страниц — web-сервер.

По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные. Если проводить аналогию с описанными выше примерами информационных хранилищ, то фактографические БД — это картотеки, а документальные — это архивы. В фактографических БД хранится краткая информация в строго определенном формате. В документальных БД — всевозможные документы. Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и  звук (мультимедиа).

Автоматизированная система управления (АСУ) - это комплекс технических и программных средств, совместно с организационными структурами (отдельными людьми пли коллективом), обеспечивающий управление объектом (комплексом) в производственной, научной или общественной среде.

Выделяют информационные системы управления образования (Например, кадры, абитуриент, студент, библиотечные программы). Автоматизированные системы для научных исследований (АСНИ), представляющие собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей. Системы автоматизированного проектирования и геоинформационные системы.

Систему искусственного интеллекта, построенную на основе высококачественных специальных знании о некоторой предметной области (полученных от экспертов - специалистов этой области), называют экспертной системой. Экспертные системы - один из немногих видов систем искусственного интеллекта - получили широкое распространение, и нашли практическое применение. Существуют экспертные системы по военному делу, геологии, инженерному делу, информатике, космической технике, математике, медицине, метеорологии, промышленности, сельскому хозяйству, управлению, физике, химии, электронике, юриспруденции и т.д. И только то, что экспертные системы остаются весьма сложными, дорогими, а главное, узкоспециализированными программами, сдерживает их еще более широкое распространение.

Экспертные системы (ЭС) - это компьютерные программы, созданные для выполнения тех видов деятельности, которые под силу человеку-эксперту. Они работают таким образом, что имитируют образ действий человека-эксперта, и существенно отличаются от точных, хорошо аргументированных алгоритмов и не похожи на математические процедуры большинства традиционных разработок.

2. СПЕЦИФИКА ИНФОРМАЦИОННЫХ  ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ

В зависимости от конкретной области применения информационные системы могут очень сильно различаться по своим функциям, архитектуре, реализации. Однако можно выделить, по крайней мере, два свойства, которые являются общими для всех информационных систем.

1. Любая  информационная система предназначена  для сбора, хранения и обработки  информации. Поэтому в основе любой информационной системы лежит среда хранения и доступа к данным. Среда должна обеспечивать уровень надежности хранения и эффективность доступа, соответствующие области применения информационной системы. Заметим, что в вычислительных программных системах наличие такой среды не является обязательным. Основным требованием к программе, выполняющей численные расчеты (если, конечно, говорить о решении действительно серьезных задач), является ее быстродействие. Нужно, чтобы программа произвела достаточно точные результаты за установленное время. При решении серьезных вычислительных задач даже на суперкомпьютерах это время может измеряться неделями, а иногда и месяцами. Поэтому программисты-вычислители всегда очень скептически относятся к хранению данных во внешней памяти, предпочитая так организовывать программу, чтобы в течение как можно более долгого времени обрабатываемые данные помещались в основной памяти компьютера. Внешняя память обычно используется для периодического (нечастого) сохранения промежуточных результатов вычислений, чтобы в случае сбоя компьютера можно было продолжить работу программы от сохраненной контрольной точки.

2. Информационные  системы ориентируются на конечного  пользователя. В области экономики и финансов (где появились одни из первых информационных систем) это может быть банковский клерк, экономист-аналитик, директор. В образовательных информационных системах – это студенты (учащиеся), преподаватели, научно-исследовательский сектор и т.д. Такие пользователи могут быть очень далеки от мира компьютеров. Для них терминал, персональный компьютер или рабочая станция представляют собой всего лишь орудие их собственной профессиональной деятельности. Поэтому информационная система обязана обладать простым, удобным, легко осваиваемым интерфейсом, который должен предоставить конечному пользователю все необходимые для его работы функции, но в то же время не дать ему возможность выполнять какие-либо лишние действия. Иногда этот интерфейс может быть графическим с меню, кнопками, подсказками и т. д. Сейчас очень популярны графические интерфейсы, и, как мы увидим в следующих частях курса, многие современные средства разработки информационных приложений, прежде всего, ориентированы на разработку графических интерфейсов. С другой стороны, немного странным фактом является то, что многие конечные пользователи (например, банковские операционисты) не любят графические терминалы, предпочитая более убогие интерфейсные средства доступа к информационной системе с современного, но традиционного алфавитно-цифрового терминала. Это кажется действительно несколько странным, потому что на Западе, где практически любой кассовый аппарат является в действительности персональным компьютером, невозможно увидеть ни одного алфавитно-цифрового монитора. Возможно, в России это просто временный социально-психологический эффект: после многих лет общения с низкокачественными отечественными цветными телевизорами люди считают, что использовать графический монитор более вредно, чем монохромный алфавитно-цифровой. Но в любом случае наличие развитых интерфейсных средств является обязательным для любой современной информационной системы.

И снова заметим, что вычислительные программные системы не обязательно обладают развитыми интерфейсами. Конечно, это зависит от степени отчуждаемости программного продукта. Если система предназначена для продажи, то она должна обладать хорошим интерфейсом хотя бы в целях маркетинга. Но, как правило, серьезные вычислительные программы почти уникальны. Расчеты выполняются либо разработчиками программ, либо людьми из того же окружения. Для них гораздо важнее быстродействие вычислений, чем удобство запуска программы, а наличие развитого интерфейса предполагает существенный расход компьютерных ресурсов. Как профессионалы компьютерного мира, эти люди могут справиться с некоторыми неудобствами при работе с компьютером.

3. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫМИ  СИСТЕМАМИ

Конкретные задачи, которые должны решаться информационной системой, зависят от той прикладной области, для которой предназначена система. Области применения информационных приложений разнообразны: банковское дело, страхование, медицина, транспорт, образование и т. д. Трудно найти область деловой активности, в которой сегодня можно было бы обойтись без использования информационных систем. С другой стороны, очевидно, что, например, конкретные задачи, решаемые банковскими информационными системами, отличаются от задач, для решения которых создаются медицинские или образовательные информационные системы.

Но можно выделить некоторое количество задач, не зависящих от специфики прикладной области. Естественно, такие задачи связаны с общими чертами информационных систем, рассмотренными в предыдущем разделе. Прежде всего, кажется бесспорным мнение о том, что наиболее существенной составляющей является информация, которая долго накапливается и утрата которой невосполнима.

Конечно, уровень надежности и продолжительность хранения информации во многом определяются конкретными требованиями корпорации к информационной системе. Например, можно представить себе малую торговую компанию с быстрым оборотом, в информационной складской системе которой достаточно поддерживать информацию о товарах, имеющихся на складе, и об еще неудовлетворенных заявках потребителей. Но кто знает, не потребуется ли впоследствии полная история работы склада с момента основания компании.

Следующей задачей, которую должно выполнять большинство информационных систем, - это хранение данных, обладающих разными структурами. Трудно представить себе более или менее развитую информационную систему, которая работает с одним однородным файлом данных. Более того, разумным требованием к информационной системе является то, чтобы она могла развиваться. Могут появиться новые функции, для выполнения которых требуются дополнительные данные с новой структурой. При этом вся накопленная ранее информация должна остаться сохранной.

Варианты решений:

Теоретически можно решить эту задачу путем использования нескольких файлов внешней памяти, каждый из которых хранит данные с фиксированной структурой. В зависимости от способа организации используемой системы управления файлами эта структура может быть структурой записи файла или поддерживаться отдельной библиотечной функцией, написанной специально для данной информационной системы (если, конечно, не удастся найти подходящую функцию в одной из существующих библиотек).

Недостаток: При использовании такого подхода информационная система перегружается деталями организации хранилища данных. При выполнении функций уровня пользовательского интерфейса информационной системе самой приходится выполнять выборку информации из файлов по заданному критерию.

Некоторые системы управления файлами позволяют выбирать записи по простому критерию, например по заданному значению ключа записи. Но, во-первых, такие возможности выборки всегда ограничены, и с большой вероятностью придется вынести хотя бы часть функций выборки в код самой информационной системы. Во-вторых, наличие нескольких файлов данных разной структуры неявно предполагает, что при выполнении некоторых функций информационной системы потребуется выборка согласованной (по заданному критерию) информации из нескольких файлов. Такие возможности никогда не поддерживаются файловыми системами.

Известны примеры реально функционирующих информационных систем, в которых хранилище данных планировалось основывать на файлах. В результате развития большинства таких систем в них выделился отдельный компонент, который представляет собой примитивную разновидность системы управления базами данных (СУБД). Самодельные СУБД - главный бич информационных систем. Поначалу кажется, что все очень просто: набор возможных запросов становится известным при проектировании информационной системы; для каждого типа запроса можно придумать эффективный способ выполнения запроса. После этого остается простая программистская работа, и специализированная СУБД готова. Однако потом оказывается, что не все возможные запросы были учтены при проектировании. Бедный разработчик СУБД постоянно добавляет в нее новые функции, пока не решает создать общий язык запросов, на котором можно сформулировать любой запрос к базе данных соответствующей информационной системы. Через некоторое время в корпорации принимают решение разработать еще одну информационную систему, структуры хранимых данных которой, естественно, отличаются от тех, что были в базе данных первой информационной системы. Что же, делать еще одну специализированную СУБД? Нет, говорит начальство. У нас уже есть одна. Давайте попробуем применить ее. И это приводит к тому, что наивный самодельщик вынужден сделать простую (скорее всего, персональную) СУБД общего назначения, которая может получить из базы данных информацию о структуре ее файлов (т. е. в базе данных хранятся теперь еще и метаданные, определяющие структуры обычных данных, - схема базы данных), а также выполнить произвольный запрос к этой базе данных. В результате, даже если удается добиться работоспособности разработанной СУБД, это означает всего лишь изобретение еще одного велосипеда, поскольку СУБД такого уровня существует великое множество. Они дешевы и поддерживаются производителями.