3. Информационные системы
3.1. Структура и состав информационной системы
Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленных целей совокупность разнородных элементов. Системы значительно отличаются между собой как по составу, так и по главным целям.
В информатике понятие системы широко распространено и имеет множество смысловых значений. Чаще всего оно используется применительно к набору технических средств и программ. Системой может называться аппаратная часть компьютера. Системой может также считаться множество программ для решения конкретных прикладных задач, дополненных процедурами ведения документации и управления расчетами.
Добавление к понятию система определения информационная отражает цель ее создания и функционирования. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в процессе решения задач из любой области.
Информационная система предполагает участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем, если главная роль отводится техническим средствам, то такие информационные системы принято называть автоматизированными (АИС).
Необходимо понимать разницу между компьютерными и информационными системами. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом для информационных систем, т.е. технологией. Информационная система предполагает непременное участие человека, взаимодействующего с компьютерами, программными средствами и телекоммуникациями.
Чтобы ИС смогла выполнить определенную задачу, человеку и машине нужны инструкции. Компьютер получает инструкции в виде программ, человек – в виде процедур, которые ему следует выполнить. Связь между человеком и компьютером осуществляется посредством передачи данных, сначала в виде исходной информации, идущей от человека к компьютеру, а затем в виде полученных результатов, следующих в обратном направлении.
В зависимости от предметной области информационные системы могут существенно различаться по функциям, архитектуре, реализации. Тем не менее, можно выделить ряд свойств, которые являются общими для информационной системы любого назначения:
• информационные системы предназначены для сбора, хранения и обработки информации, поэтому в основе любой из них лежит среда хранения и доступа к данным;
• информационные системы ориентируются на конечного пользователя, не обладающего высокой квалификацией в области применения вычислительной техники; соответственно клиентские приложения информационной системы должны обладать простым, удобным, легко осваиваемым интерфейсом, который предоставляет конечному пользователю все необходимые для работы функции, но в то же время не дает ему возможности выполнять какие-либо лишние (непредусмотренные) действия.
Основной формой организации хранения информации на машинных носителях является база данных (БД) под управлением системы управления базой данных (СУБД). Как правило, БД является интегрированным представлением данных многоцелевого использования и хранит данные, которые обеспечивают решение комплекса взаимосвязанных задач. В отдельных случаях используются «изолированные» массивы информации на машинных носителях, которые создаются и обслуживаются вне СУБД в прикладных программах. СУБД предоставляет интерфейс для работы с БД пользователям. Все операции с данными БД выполняет СУБД (объявление структуры базы данных, ввод, поиск, корректировка, удаление данных). БД может быть централизованной (храниться на одном компьютере) или распределенной в сети (храниться на нескольких компьютерах). Тип используемой СУБД обычно определяется масштабом информационной системы: малые информационные системы могут использовать локальные СУБД, корпоративным информационным системам требуется мощная клиент-серверная СУБД, поддерживающая многопользовательскую работу. В настоящее время наиболее распространены следующие типы СУБД:
• БД масштаба крупных предприятий (корпоративные БД): Oracle, Informix, SQL-Server, DB2 и др.;
• БД масштаба функциональных подсистем, комплексов задач, создания промежуточного уровня обработки в больших ИС: Access, dBase, Paradox, FoxPro, Clipper и др.;
• БД отдельных задач ИС.
Наиболее широкое распространение получили реляционные СУБД. Несмотря на очевидную привлекательность и растущую популярность объектно-ориентированных СУБД (ObjectStore, Objectivity, O2, Jasmin), пока преобладают реляционные базы данных, являющиеся хорошо отлаженными, развитыми, сопровождаемыми системами, поддерживающими стандарт SQL-92 (к таким системам относятся, например, Oracle, Informix, Sybase, DB2, MS SQL Server).
Информационные системы могут иметь различную информационно-технологическую архитектуру, зависящую от используемых программных и технических средств, типа сетей и организации БД. Архитектура ИС, в свою очередь, влияет на параметры ИС:
• время выполнения одиночного запроса;
• производительность ИС (количество транзакций в единицу времени);
• стоимость создания, эксплуатации и развития ИС.
Виды архитектур ИС следующие: локальная обработка данных; файл-сервер; двух-, трех- и многоуровневый клиент-сервер.
Локальная (децентрализованная) обработка данных. Представляет собой сосредоточение на одном компьютере программных средства пользовательского интерфейса, обеспечивающих интерактивный режим работы пользователя, программных средства приложений, выполняющие содержательную обработку данных, базы данных (БД).
Развитие таких ИС ограничено техническими параметрами компьютера (объемом оперативной и дисковой памяти для БД, надежностью работы компьютера и программного обеспечения) и производительностью компьютера, влияющей на своевременность обработки всех приложений.
Архитектура файл-сервер. ИС с распределенной обработкой данных типа файл-сервер использует компьютерные сети, как правило, локального типа. Компьютеры в сети делятся на рабочие станции и серверы. В ряде случаев один и тот же компьютер может выступать и как сервер для других компьютеров, и как рабочая станция, пользующаяся услугами сервера. Это так называемые одноранговые сети без выделенного сервера. В сетях с выделенным сервером компьютер является либо сервером, либо рабочей станцией.
На рабочей станции установлены программные средства пользовательского интерфейса, программные средства приложений, выполняющие содержательную обработку данных. На файловом сервере находится БД.
Достоинство архитектуры этого типа – высокий уровень защиты данных от несанкционированного доступа, однако она не свободна от недостатков:
• доступ только на уровне файлов, в режиме корректировки доступ для других пользователей блокируется;
• возможность перегрузки трафика (пропускной способности) сети;
• высокие требования к техническому оснащению рабочих станций, на которых выполняется содержательная обработка данных.
Архитектура двухуровневый клиент-сервер. В отличие от ранее рассмотренной архитектуры, распределенная обработка данных типа двухуровневый клиент-сервер предполагает, что на сервере находится БД под управлением СУБД. Все рабочие станции (клиенты) посылают запросы на сервер, который обеспечивает извлечение и предварительную обработку этих данных. Единицей обмена по сети является запрос и релевантная запросу выборка данных из БД. Существенно уменьшается трафик сети, снимаются ограничения на доступность данных БД различным приложениям.
«Клиентская» часть приложений становится несколько облегченной, но в больших ИС со сложной логикой обработки данных возникает проблема «толстого» клиента. Рабочая станция должна иметь достаточно высокие технические параметры для выполнения сложных приложений. Недостатком архитектуры является наличие очень высоких требований к техническому комплексу сервера БД, который становится центральным звеном всей ИС и определяет ее надежность.
Архитектура многоуровневый клиент-сервер. Если серверов приложений и серверов БД в сети несколько, архитектура ИС становится многоуровневой. Наличие самостоятельных уровней в информационно-технологической архитектуре ИС дает возможность варьировать аппаратными и программными средствами: выбирать операционные системы, СУБД, интерфейсы конечных пользователей, типы серверов и рабочих станций.
При построении больших ИС актуальна проблема создания распределенных систем обработки данных на основе интеграции неоднородных аппаратно-программных платформ. Многоуровневая архитектура ИС обеспечивает изоляцию параллельно работающих процессов, и потому ошибки в работе одной программы не влияют на работу других программ либо операционной системы. Компьютерные сети могут включать отдельные сегменты, для связи которых используются стандартные протоколы. Для БД предусмотрено администрирование и регистрация каждого доступа к базе данных и выполненных изменений в специальном журнале БД. Как правило, для больших БД создаются страховые копии, осуществляется «зеркализация» дисков.