Учебник_Информатика. Стандарт третьего поколениян. В. Макарова, В. Б. Волков
 Скачать 14.49 Mb.
|
|
Пример. В базе данных собираются сведения о ежедневных продажах, переда ваемые торговыми агентами фирмы на главный компьютер, или сведения о еже недельных поставках сырья. В базу данных могут ежедневно по электронной почте поступать с биржи сведения о курсе валют или котировках ценных бумаг, в том числе и акций этой фирмы, которые ежедневно корректируются в соответ ствующем массиве базы данных. Информация из базы данных поступает на вход компьютерных приложений (про грамм), таких как текстовый процессор, табличный процессор, электронная почта, компьютерные конференции и пр. Любое компьютерное приложение автоматизиро ванного офиса обеспечивает работникам связь друг с другом и с другими фирмами. Полученная из баз данных информация может быть использована и в неком пьютерных технических средствах для передачи, тиражирования, хранения. Для создания и обработки текстовых документов предназначен текстовый процессор, а электронная почта (e-mail) дает возможность пользователю получать, хранить сообщения и отправлять их своим партнерам по сети. Мультимедийная почта служит для передачи сообщений голосом в сочетании с движущимся (или статичным) сообщением и текстом. 5.4. Виды информационных технологий 161 Функции современных программных сред табличных процессоров позволяют выполнять многочисленные операции над данными, представленными в табличной форме, в том числе ввод, хранение, обработку (в том числе организация сложных вычислений и моделирования) и вывод информации в виде отчетов. Электронный календарь (органайзер) предоставляет еще одну возможность использовать сетевой вариант компьютера для хранения и манипулирования ра бочим расписанием управленцев и других работников организации. Современные электронные календари — это полноценные персональные информационные ме неджеры (ПИМ ), позволяющие осуществлять персональное планирование. Компьютерные конференции, или телеконференции, используют компью терные сети для обмена информацией между участниками группы, решающей определенную проблему. В случае, когда организуется групповая «встреча», при которой на экране компьютера каждый из участников может видеть видеоизобра жение и слышать то, что говорит другой участник, речь идет о мультимедиакон ференции. В любой фирме необходимо длительное время хранить большое количество документов. Их количество может быть так велико, что хранение даже в форме файлов вызывает серьезные проблемы. Поэтому возникла идея хранить не сам документ, а его образ (изображение), причем хранить в цифровой форме. Факсимильная связь основана на использовании факс-аппарата, способного читать документ на одном конце коммуникационного канала и воспроизводить его изображение на другом. Факсимильная связь вносит свой вклад в принятие решений за счет быстрой и легкой рассылки документов участникам группы, решающей определенную про блему, независимо от их географического положения. 5.4.4. Информационная технология поддержки принятия решений Характеристика и назначение Системы поддержки принятия решений и соответствующая им информаци онная технология появились усилиями в основном американских ученых в конце 70-х —начале 80-х гг., чему способствовали широкое распространение персональ ных компьютеров, стандартных пакетов прикладных программ, а также успехи в создании систем искусственного интеллекта. Главной особенностью информационной технологии поддержки принят ия решений является качественно новый метод организации взаимодействия чело века и компьютера. Выработка решения, что является основной целью этой тех нологии, происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют (рис. 5.15): □ система поддержки принятия решений в качестве вычислительного звена и объ екта управления; □ человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере. 162 Глава 5. Информационные системы и технологии Рис. 5 .1 5 . Информационная технология поддержки принятия решений как итерационный процесс Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. В этом случае можно говорить о способности информационной системы совместно с пользовате лем создавать новую информацию для принятия решений. Дополнительно к этой особенности информационной технологии поддержки принятия решений можно указать еще ряд ее отличительных характеристик: □ ориентация на решение плохо структурированных (формализованных) задач; □ сочетание традиционных методов доступа и обработки компьютерных данных с возможностями математических моделей и методами решения задач на их основе; □ направленность на непрофессионального пользователя компьютера; □ высокая степень адаптивности, обеспечивающая возможность приспосабли ваться к особенностям имеющегося технического и программного обеспечения, а также требованиям пользователя. Основные компоненты Рассмотрим структуру системы поддержки принятия решений, а также функ ции составляющих ее блоков, которые определяют основные технологические операции (рис. 5.16). Источники данных Информационные W системы опера ционного уровня Документы Внешние источники Прочие внутренние источники - ► База данных Программная подсистема управления СУБД СУБМ Система управления интерфейсом Человек, принимающий решение База моделей Стратегических Тактических Оперативных Математических Рис. 5 .1 6 . Основные компоненты информационной технологии поддержки принятия решений В состав системы поддержки принятия решений входят три главных компо нента: база данных, база моделей и программная подсистема, которая состоит из 5.4. Виды информационных технологий 163 системы управления базой данных (СУ БД), системы управления базой моделей (СУБМ) и системы управления интерфейсом между пользователем и компьютером. База данных играет в информационной технологии поддержки принятия реше ний важную роль. Данные могут использоваться непосредственно пользователем для расчетов при помощи математических моделей. Рассмотрим источники данных и их особенности. Система управления данными должна обладать следующими возможностями: □ составление комбинаций данных, получаемых из различных источников, по средством использования процедур агрегирования и фильтрации; □ быстрое прибавление или исключение того или иного источника данных; □ построение логической структуры данных в терминах пользователя; □ использование неофициальных данных и манипулирование ими для экспери ментальной проверки рабочих альтернатив пользователя; □ обеспечение полной логической независимости этой базы данных от других операционных баз данных, функционирующих в рамках фирмы. Целью создания моделей являются описание и оптимизация некоторого объекта или процесса. Использование моделей обеспечивает проведение анализа в системах поддержки принятия решений. Модели, базируясь на математической интерпрета ции проблемы, при помощи определенных алгоритмов способствуют нахождению информации, полезной для принятия правильных решений. Существует множество типов моделей и способов их классификации, напри мер, по цели использования, области возможных приложений, способу оценки переменных и т. п. Эффективность и гибкость информационной технологии во многом зависят от характеристик интерфейса системы поддержки принятия решений. Интерфейс определяет: язык пользователя; язык сообщений компьютера, организующий диа лог на экране дисплея; знания пользователя. Язык пользователя — это те действия, которые пользователь выполняет в от ношении системы, применяя клавиатуру, электронные карандаши, пишущие на экране, джойстик, мышь; подавая команды голосом, и т. п. Наиболее простой фор мой языка пользователя является создание форм входных и выходных документов. Язык сообщений — это то, что пользователь видит на экране дисплея (символы, графика, цвет), данные, полученные на принтере, звуковые выходные сигналы и т. п. Долгое время единственной реализацией языка сообщений был отпечатан ный или выведенный на экран дисплея отчет, или сообщение. Теперь появилось новое средство представления выходных данных — машинная графика. Она дает возможность создавать на экране и бумаге цветные графические изображения в трехмерном виде. Еще одна реализация языка сообщений — машинная анимация (или мультипликация), позволяющая выводить сообщений в виде движущихся изображений. Пример. Система поддержки принятия решений, предназначенная для обслу живания клиентов в банке, с помощью мультипликационных моделей может 164 Глава 5. Информационные системы и технологии реально проанализировать различные варианты организации обслуживания в зависимости от потока посетителей, допустимой длины очереди, количества пунктов обслуживания и т. п. В ближайшие годы следует ожидать использования в качестве языка сообщений человеческого голоса. Сейчас эта форма применяется в системе поддержки при нятия решений сферы финансов, где в процессе генерации чрезвычайных отчетов голосом поясняются причины исключительности той или иной позиции. Знания пользователя — это то, что пользователь должен знать, работая с си стемой. К ним относятся не только план действий, сформированный в сознании пользователя, но и учебники, инструкции, справочные данные, выдаваемые ком пьютером. 5.4.5. Информационная технология экспертных систем Характеристика и назначение Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искус ственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания. Под искусственным интеллектом обычно понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. Чаще всего здесь имеются в виду способности, связанные с человеческим мышлением. Работы в области искусственного интеллекта не ограничиваются экспертными системами. Они также включают в себя создание роботов, систем, моделирующих нервную систему человека, его слух, зрение, обо няние, способность к обучению. Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связан ным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея применения технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. Сходство информационных технологий, используемых в экспертных системах и системах поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеется три существен ных различия. Первое связано с тем, что решение проблемы в рамках систем под держки принятия решений отражает уровень понимания этой проблемы пользова телем и его возможности получить и осмыслить решение. Технология экспертных систем, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности. Второе отличие указанных технологий выражается в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с новым компонентом информационной технологии — знаниями. 5.4. Виды информационных технологий 165 Основные компоненты Основными компонентами информационной технологии, используемой в экс пертной системе, являются: интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы (рис. 5.17). Рис. 5 .17. Основные компоненты информационной технологии экспертных систем Менеджер (специалист) использует интерфейс пользователя для ввода инфор мации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным. Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в ка честве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений: □ объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий; □ объяснения полученного решения проблемы. После получения решения поль зователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Систе ма должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи. Хотя технология работы с экспертной системой достаточно сложна, пользова тельский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога. База знаний содержит факты, описывающие проблемную область, а также логи ческую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется. Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой экспертной системы может содержать несколько тысяч правил. 166 Глава 5. Информационные системы и технологии Интерпретатор — это часть экспертной системы, производящая в определен ном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Техно логия работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению сово купности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставля ется вариант решения его проблемы. Модуль создания системы служит для создания набора (иерархии) правил. Существует два подхода, которые могут быть положены в основу работы модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Для представления базы знаний специально разработаны языки Lisp и Prolog, хотя можно задействовать и любой другой известный алгоритмический язык. Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием. Вопросы для самопроверки 1. Что такое «информационная система»? 2. Как вы понимаете информационную технологию? 3. В чем состоит разница между компьютерами и информационными системами? 4. Как можно представить процессы, происходящие в информационной системе? 5. Как развивались информационные системы? 6. Почему информационные системы являются стратегическим средством раз вития фирмы и в чем состоит их вклад? 7. Расскажите о пирамиде уровней управления в фирме. 8. Почему при создании информационной системы следует учитывать влияние внешней среды? 9. Приведите примеры информационных систем, поддерживающих деятельность фирмы. 10. Какие задачи стоят при создании информационной системы? 11. Расскажите об основных функциональных информационных системах. 12. Приведите примеры информационных систем, обеспечивающих эффектив ность работы. 13. Как вы представляете структуру информационной системы? 14. Расскажите об информационном, техническом, программном и математическом обеспечении, об организационном и правовом обеспечении. 15. Для чего нужна схема информационных потоков? Литература 167 16. В чем суть методологии построения баз данных? 17. Почему при разработке информационной системы важным фактором является структурированность задач? 18. Как структурированность задач влияет на классификацию информационных систем? 19. Каковы особенности информационных систем, создающих управленческие отчеты? 20. Каковы особенности и виды информационных систем, разрабатывающих аль тернативы решений? 21. В чем суть функционального признака при классификации информационных систем? 22. Что такое «признак уровней управления при классификации систем»? 23. Расскажите о пирамиде информационных систем в фирме, где используется функциональный признак классификации. 24. Каковы роль и функции ИС оперативного уровня, ИС для специалистов, для менеджеров среднего звена, стратегических ИС? 25. Приведите классификацию информационных систем по характеру использо вания информации, по степени автоматизации, по сфере применения. 26. В чем сходство и в чем различие информационной технологии и технологии материального производства? 27. Отобразите информационную технологию в виде иерархической структуры и приведите примеры ее составляющих. 28. Изложите требования, которым должна отвечать информационная техно логия. 29. Что такое «инструментарий информационной технологии»? 30. Как соотносятся информационная технология и информационная система? 31. Охарактеризуйте методологию использования информационной технологии. 32. Дайте общее представление об информационных технологиях обработки данных, управления, автоматизации офиса, поддержки принятия решений. Назовите их основные компоненты. 33. Расскажите о компьютерных и некомпьютерных офисных технологиях. Литература 1. Башмаков А. И., Башмаков И. А. Интеллектуальные информационные техноло гии. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2005. 2. Гагарина Л. Г., Киселев Д . В., Федотова Е. Л. Разработка и эксплуатация ав томатизированных информационных систем. М.: Ф О РУ М -И Ф РА -М , 2007. 3. Гвоздева В. А ., Лаврентьева И. Ю. Основы построения автоматизированных информационных систем. М.: ФОРУМ -ИФРА-М , 2007. 168 Глава 5. Информационные системы и технологии 4. Горлопанов В . В Я л о в е ц к и й В. И. Информационные технологии в органах го сударственной власти. Аналитический обзор. М.: Издательство МАГМУ, 2007. 5. Григорьев М. Сергеев В. И., Уваров С. А. Логистика: информационные системы и технологии. М.: Альфа-пресс, 2008. 6. Желена Милан. Информационные технологии в бизнесе. СПб.: Питер, 2002. 7. Советов Б. Я., Цехановский В. В. Информационные технологии. М.: Высшая школа, 2006. Глава 6 Теория баз данных 6.1. Общие понятия 6.2. Модели данных 6.3. Реляционные базы данных 6.4. Постреляционные модели и базы данных 6.5. Проектирование баз данных Современные информационные системы, основанные на концепции интегра ции данных, характеризуются огромными объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования много численных пользователей. Данная глава призвана сформировать представление о базах данных (Б Д ), в ней рассказывается о возможностях систем управления базами данных (С У БД ) и их использовании. Основные функциональные возможности и технологические операции при работе с СУБД рассматриваются без привязки к конкретному типу программного продукта. Знания, полученные при изучении данной главы, являют ся базовыми при практическом знакомстве с любым новым видом СУБД. 6.1. Общие понятия Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах реального мира. В широком смысле база данных — это совокупность сведений о кон кретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Под предмет ной областью принято понимать часть реального мира, например, предприятие, вуз и т. д., подлежащую изучению с целью организации управления и автоматизации. 170 Глава 6. Теория баз данных Рассмотрим несколько определений термина «база данных» (database). Все эти определения не являются противоречивыми или взаимоисключающими. Скорее, они представляют разные точки зрения авторов на одно и то же понятие. Сложность определения заключается в том, что компьютерные базы данных за свою не очень длинную историю прошли несколько этапов развития, от файловых систем, хранящих в себе «сырые» (неупорядоченные) данные, до постреляционных СУБД, содержимым которых являются данные, обладающие поведением (объек ты). Остановимся на еще одном определении. Под информационной моделью понимают информацию об объекте, отобранную и структурированную в соответствии с заданной целью. Исторически первые базы данных создавались на основе файловых систем, и вся ответственность за работу с ними возлагалась на прикладное программное обеспечение, использовавшее эти базы. Файловые базы данных сегрдня практи чески не применяются. В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются централизованно с помощью специального программного инструментария — системы управления базами данных. 6.1. Общие понятия 171 Кроме базы данных и программного обеспечения, обеспечивающего основную функциональность СУБД, в состав современных серверов баз данных входят все возможные средства разработки и механизмы взаимодействия с пользователем на высоком уровне (генераторы отчетов, конструкторы таблиц, построители запросов и форм). Эти средства разработки, сами являясь приложениями пользователя, по зволяют создавать приложения, функционирующие как часть СУБД (например, формы и отчеты MS Access или веб-публикации в Oracle и MS SQL Server). На рис. 6.1 представлена схема, в которой определены основные термины, ис пользуемые при обсуждении СУБД. Рис. 6 .1 . Терминология СУБД 6.1.1. Компоненты среды функционирования СУБД СУБД представляет собой комплекс программных средств, в работе которого принимает участие множество людей, как обслуживающих эти программы, так и использующих результат их работы. На рис. 6.2 представлены основные компо ненты СУБД. 172 Глава 6. Теория баз данных База данных База данных содержит: данные метаданные процедуры Ядро СУБД Процессор форм Процессор запросов Генератор отчётов Средства обработки, реализованные на процедурных языках Средства для создания таблиц Средства для создания формул Средства для создания запросов Средства для создания отчётов Разработчик Прикладные программы Пользователи Прикладные программы Рис. 6 .2 . Компоненты среды функционирования СУБД Программное обеспечение К программному обеспечению относятся все компьютерные программы, ис пользуемые в работе системы управления базами данных. Для выполнения всех функций СУБД требуется программное обеспечение трех видов: системное про граммное обеспечение, программное обеспечение СУБД, а также прикладные про граммы и утилиты. Поскольку программное обеспечение СУБД функционально располагается между системным и приложениями пользователя, его относят к раз ряду промежуточного (middleware) программного обеспечения. Системное программное обеспечение управляет всеми компонентами оборудо вания и обеспечивает доступ к нему всех остальных приложений, работающих на компьютере. Примеры системного программного обеспечения: Windows, Linux, UNIX, MVS, MacOS, OpenSolaris и др. Подсистема обработки СУБД управляет базой данных, реализуя функции СУБД. Средства проектирования СУБД предназначены для получения доступа к дан ным и манипулирования ими в среде СУБД. Прикладные программы (приложения пользователя) в большинстве случаев служат для представления данных, храня щихся в БД, в виде отчетов и таблиц. Люди Сюда относятся все пользователи системы управления базой данных. Если взять за основу функциональные обязанности, то в системе управления базами данных можно выделить шесть основных групп пользователей: системные адми нистраторы, администраторы баз данных, системные аналитики, проектировщики баз данных, программисты и конечные пользователи. Системные администраторы несут ответственность и обеспечивают надежное функционирование системного программного обеспечения. 6.1. Общие понятия 173 Администраторы баз данных (Data Base Administrator, DBA) управляют работой СУБД, обеспечивают функционирование СУБД, создают учетные записи пользо вателей СУБД, назначают права, ограничивают доступ, выполняют различные про цедуры, связанные с обеспечением безопасности и надежности хранения данных. Системные аналитики выполняют работу по сбору, систематизации и уточне нию требований к структуре данных, приложениям и отчетам. Проектировщики базы данных (системные архитекторы) проектируют струк туру БД. Программисты разрабатывают прикладное программное обеспечение. Они проектируют и создают формы ввода и отображения данных, отчеты и процедуры, с помощью которых конечные пользователи получают доступ к данным и возмож ность манипулирования ими. Конечные пользователи применяют прикладные программы с целью выполнения ежедневных операций, например, в компании — это продавцы, заведующие скла дами, работники бухгалтерии, руководители и управляющие. Конечные пользова тели высшего руководящего звена применяют информацию, полученную из базы данных, для решения тактических и стратегических задач предприятия. База данных База данных включает в себя данные, метаданные и процедуры. Данные. Под терминами «данные», «информация» или «сведения» в данном контексте понимается весь фактический материал, хранящийся в базе данных. Данные являются необработанным сырьем, которое подлежит соответствующему структурированию. Принятие решения о том, какую информацию поместить в БД, каким образом ее упорядочить и структурировать, является важнейшей частью работы системных архитекторов (проектировщиков) базы данных. Метаданные составляют содержимое системного каталога базы данных и пред ставляют собой сведения об именах и структуре таблиц, именах и правах пользо вателей, наименовании и типах ограничений, о процедурах, функциях и других объектах базы данных. Процедуры являются важным компонентом системы. Они устанавливают стан дарты ведения коммерческой, технологической и производственно-технической деятельности в рамках предприятия и в отношениях с клиентами. Процедуры также используются для организации наблюдения и аудита как за вводимой в БД информацией, так и за информацией, порождаемой на основе извлекаемых данных. 6.1.2. Классификация СУБД Классификация по типу принятой модели данных Классификацию баз данных по модели данных иллюстрирует рис. 6.3. Иерархические базы данных основаны на иерархической модели данных, в ко торой связь между объектами базы данных образует перевернутое дерево. При такой модели каждый нижележащий элемент иерархии соединен только с одним расположенным выше элементом 174 Глава 6. Теория баз данных Рис. 6 .3 . Классификация баз данных по модели данных Сетевые базы данных основаны на сетевой модели данных, в которой связи между объектами данных могут быть установлены в произвольном порядке. Реляционные базы данных основаны на реляционной модели данных, в которой каждая единица данных в базе данных однозначно определяется именем таблицы (называемой отношением), идентификатором записи (кортежа) и именем поля. Объектно-реляционные базы данных содержат объектно-ориентированные механизмы построения структур данных (как минимум, механизмы наследования и поддержки методов) в виде расширений языка и программных надстроек над ядром СУБД. Объектно-ориентированные базы данных определяют как новое поколение баз данных, основанное на сочетании трех принципов: реляционной модели, стандартов на описание объектов и принципов объектно-ориентированного программирования. Классификация по архитектуре Классификацию баз данных по архитектуре иллюстрирует рис. 6.4. Рис. 6 .4 . Классификация баз данных по архитектуре В локальных базах данных все данные и объекты СУБД находятся на одном компьютере. В распределенных базах данных различные части данных (группы таблиц, та блицы и даже фрагменты таблиц) и объекты СУБД могут находится на разных компьютерах. |