Информационные системы, понятие состав и структура

1.2.1 Понятие и свойства системы

1.2.2 Понятие и виды информационных систем

1.2.3. Структура и состав информационной системы

1.2.4. Компоненты системы обработки данных

1.2.5. Организационные компоненты информационной системы

1.2.6. Тенденции развития информационных систем

Литература: 4, с. 12–25; 5, с. 16–32; 7, c. 9–32.

1.2.1 Понятие и свойства системы. Системой называется любой объект, который, с одной стороны, рассматривается как единое целое, а с другой - как множество связанных между собой или взаимодействующих составных частей.

термин «система» употребляется в основном в двух смыслах:

- система, как некоторое свойство, состоящее в рациональном сочетании в упорядоченности всех элементов определенного объема по времени и пространстве так, что каждый из них содействует успеху деятельности всего объекта. С такой трактовкой связано понимание координации и синхронизации действий персонала управления, объединенных с целью достижения поставленных целей;

- система как объект, обладающий достаточно сложной, определенным образом упорядоченной внутренней структурой (например, производственный процесс).

Понятие системы охватывает комплекс взаимосвязанных элементов, действующих как единое целое. В систему входят следующие компоненты:

Структура системы – множество элементов системы и взаимосвязей между ними. Пример: организационная и производственная структура предприятия. Математической моделью структуры является граф.

Функции каждого элемента системы. Пример: управленческие функции – принятие решений определенным структурным подразделением предприятия.

Вход и выход каждого элемента системы в целом. Пример: материальные или информационные потоки, поступающие в систему или выводимые ею. Каждый входной поток характеризуется набором параметров {x(i)}; значения этих параметров по всем входным потокам образуют вектор-функцию X. В простейшем случае Х зависит только от времени t, а в практически важных случаях значение Х в момент времени t+1 зависит от X(t) и t. Функция выхода системы Y определяется аналогично.

Закон поведения системы – функция, связывающая изменения входа и выхода системы Y = F(X).

Цели и ограничения системы и ее отдельных элементов. Пример: достижение максимальной прибыли, финансовые ограничения.

Качество функционирования системы описывается рядом переменных u1, u2,..., uN. Часть этих переменных (обычно всего одна переменная) должна поддерживаться в экстремальном значении, например, mах ul. Функция ul = f(X,Y,t,...) называется целевой функцией, или целью. Зачастую f не имеет аналитического и вообще явного выражения. На остальные переменные могут быть наложены (в общем случае двусторонние) ограничения

аК <= gK(uK) <= bК, где2 <= К <=N.

Среди известных свойств систем целесообразно рассмотреть следующие: относительность, делимость и целостность.

Свойство относительности устанавливает, что состав элементов, взаимосвязей, входов, выходов, целей и ограничений зависит от целей исследователя.

Делимость означает, что систему можно представить состоящей из относительно самостоятельных частей - подсистем, каждая из которых может рассматриваться как система.

Свойство целостности указывает на согласованность цели функционирования всей системы с целями функционирования ее подсистем и элементов.

Система, как правило, имеет больше свойств, чем составляющие ее элементы (Аристотель).

1.2.2 Понятие и виды информационных систем. В связи с применением новой информационной технологии, основанной на использовании средств связи, компьютеров, широко используется понятие «информационная система» (ИС).

Информационная система представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, переработке информации об объекте, снабжающую работников различного ранга информацией для реализации функций управления.

Информационная система создается для конкретного объекта. Эффективная информационная система принимает во внимание различия между уровнями управления, сферами действия, а также внешними обстоятельствами и дает каждому уровню управления только ту информацию, которая ему необходима для эффективной реализации функций управления.

Внедрение информационных систем производится с целью повышения эффективности производственно-хозяйственной деятельности фирмы за счет не только обработки и хранения рутинной информации, автоматизации конторских работ, но и за счет принципиально новых методов управления, основанных на моделировании действий специалистов фирмы при принятии решений (методы искусственного интеллекта, экспертные системы и т.п.), использовании современных средств телекоммуникаций (электронная почта, телеконференции), глобальных и локальных вычислительных сетей и т. д.

В зависимости от степени (уровня) автоматизации выделяют ручные, автоматизированные и автоматические информационные системы.

Ручные ИС характеризуются тем, что все операции по переработке информации выполняются человеком.

Автоматизированные ИС – часть функций (подсистем) управления или обработки данных осуществляется автоматически, а часть – человеком.

Автоматические ИС – все функции управления и обработки данных осуществляются техническими средствами без участия человека (например, автоматическое управление технологическими процессами).

По сфере применения можно выделить следующие классы информационных систем:

- научные исследования;

- автоматизированное проектирование;

- организационное управление;

- управление технологическими процессами.

Научные ИС предназначены для автоматизации деятельности научных работников, анализа статистической информации, управления экспериментом.

ИС автоматизированного проектирования предназначены для автоматизации труда инженеров-проектировщиков и разработчиков новой техники (технологии). Такие ИС помогают осуществлять:

- разработку новых изделий и технологий их производства;

- различные инженерные расчеты (определение технических параметров изделий, расходных норм - трудовых, материальных и т.п.);

- создание графической документации (чертежей, схем, планировок);

- моделирование проектируемых объектов;

- создание управляющих программ для станков с числовым программным управлением.

ИС организационного управления предназначены для автоматизации функций административного (управленческого) персонала. К этому классу относятся ИС управления как промышленными (предприятия), так и непромышленными объектами (банки, биржи, страховые компании, гостиницы и т.д.) и отдельными офисами (офисные системы).

ИС управления технологическими процессами предназначена для автоматизации различных технологических процессов (гибкие производственные процессы, металлургия, энергетика и т. п.).

1.2.3 Структура и состав информационной системы. Практически все рассмотренные разновидности информационных систем независимо от сферы их применения включают один и тот же набор компонентов (рис.1.2):

- функциональные компоненты;

- компоненты системы обработки данных;

- организационные компоненты.

Рисунок 1.2 – Декомпозиция информационной системы

При этом под функцией управления понимается специальная постоянная обязанность одного или нескольких лиц, выполнение которой приводит к достижению определенного делового результата.

Под функциональными компонентами понимается система функций управления - полный набор (комплекс) взаимоувязанных во времени и пространстве работ по управлению, необходимых для достижения поставленных перед предприятием целей.

Весь процесс управления фирмой сводится либо к линейному (например, административному) руководству предприятием или его структурным подразделением, либо к функциональному руководству (например, материально-техническое обеспечение, бухгалтерский учет и т.п.) Поэтому декомпозиция информационной системы по функциональному признаку (рис.1.2) включает в себя выделение ее отдельных частей, называемых функциональными подсистемами (ПС) (функциональными модулями, бизнес-приложениями), реализующих систему функций управления. Функциональный признак определяет назначение подсистемы, то есть то, для какой области деятельности она предназначена и какие основные цели, задачи и функции она выполняет. Функциональные подсистемы в существенной степени зависят от предметной области (сферы применения) информационных систем.

На рисунке 1.3 приведена функциональная декомпозиция информационной системы промышленного предприятия. В зависимости от сложности объекта количество функциональных подсистем колеблется от 10 до 50 наименований. Как следует из приведенных рисунков, несмотря на различные сферы применения ИС, ряд функциональных подсистем имеют одно и то же наименование (например, бухгалтерский учет и отчетность), однако их внутреннее содержание для различных объектов значительно отличается друг от друга. Специфические особенности каждой функциональной подсистемы содержатся в так называемых «функциональных задачах» подсистемы (рис.1.2). Обычно управленческий персонал или связывает это понятие с достижением определенных целей функции управления, или определяет его как работу, которая должна быть выполнена определенным способом в определенный период. Однако с появлением новых информационных технологий понятие «задача» рассматривается шире: как законченный комплекс обработки информации, обеспечивающий либо выдачу прямых управляющих воздействий на ход производственного процесса, либо выдачу необходимой информации для принятия решений управленческим персоналом. Таким образом, задача должна рассматриваться как элемент системы управления, а не как элемент системы обработки данных. Выбор состава функциональных задач функциональных подсистем управления осуществляется обычно с учетом основных фаз управления: планирования; учета, контроля и анализа; регулирования (исполнения).

Планирование – это управленческая функция, обеспечивающая формирование планов, в соответствии с которыми будет организовано функционирование объекта управления. Обычно выделяют перспективное (5–10 лет), годовое (1 год) и оперативное (сутки, неделя, декада, месяц) планирование.

Рисунок 1.3 – Укрупненная функциональная декомпозиция

информационной системы промышленного предприятия

Учет, контроль и анализ – это функции, обеспечивающие получение данных о состоянии управляемой системы за определенный промежуток времени; определение факта и причины отклонений фактического состояния объекта управления от планируемого состояния, а также нахождение величин этого отклонения. Учет ведется по показателям плана в выбранном диапазоне (горизонте) планирования (оперативный, среднесрочный и т. д.).

Регулирование (исполнение) – это функция, обеспечивающая сравнение планируемых и фактических показателей функционирования объекта управления и реализацию необходимых управляющих воздействий при наличии отклонений от запланированных в заданном диапазоне (отрезке).

В соответствии с выделенными функциональными подсистемами (рис. 1.3) и с учетом фаз управления и определяется состав задач функциональных подсистем. Например, информационная система управления персоналом банка может содержать следующие функциональные подсистемы:

- планирование численности персонала банка;

- расчет фонда заработной платы персонала;

- планирование и организация обучения персонала;

- управление кадровыми перемещениями;

- статистический учет и отчетность;

- справки по запросу.

Выбор и обоснование состава функциональных задач является одним их важных элементов создания информационных систем. Следует отметить, что именно задача (функциональная подсистема) является объектом разработки, внедрения и эксплуатации конечным пользователем.

Анализ функциональных задач показывает, что их практическая реализация в условиях информационных систем многовариантна. Одна и та же задача может быть решена (реализована) различными математическими методами, моделями и алгоритмами (рис.1.2). Иногда эту функциональную подсистему называют подсистемой математического обеспечения.

Система обработки данных (СОД) предназначена для информационного обслуживания специалистов разных органов управления предприятия, принимающих управленческие решения.

Выделение типовых операций обработки данных позволило создать специализированные программно-аппаратные комплексы, их реализующие (различные периферийные устройства, оргтехнику, стандартные наборы программ, с том числе пакеты прикладных программ - ППП, - реализующих функциональные задачи ИС). Конфигурация аппаратных комплексов образует так называемую топологию вычислительной системы.

Режим реального времени используется для управления быстропротекающими процессами, например передачей и обработкой банковской информации в глобальных международных сетях типа SWIFT, и непрерывными технологическими процессами.

Практически все системы обработки данных информационных систем независимо от сферы их применения включают один и тот же набор составных частей (компонентов), называемых видами обеспечения (рис.1.2). Принято выделять информационное, программное, техническое, правовое, лингвистическое обеспечение.

Информационное обеспечение – это совокупность методов и средств по размещению и организации информации, включающих в себя системы классификации и кодирования, унифицированные системы документации, рационализации документооборота и форм документов, методов создания внутримашинной информационной базы информационной системы. От качества разработанного информационного обеспечения во многом зависит достоверность и качество принимаемых управленческих решений.

Программное обеспечение – совокупность программных средств для создания и эксплуатации СОД средствами вычислительной техники. В состав программного обеспечения входят базовые (общесистемные) и прикладные (специальные) программные продукты.

Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических средств, применяемых для функционирования системы обработки данных как во вне ЭВМ (периферийные технические средства сбора, регистрации, первичной обработки информации, оргтехника различного назначения, средства телекоммуникации и связи), так и на ЭВМ различных классов.

Правовое обеспечение представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих создание и функционирование информационной системы. Правовое обеспечение разработки информационной системы включает нормативные акты договорных взаимоотношений между заказчиком и разработчиком ИС. Правовое обеспечение функционирования СОД включает: условия придания юридической силы документам, полученным с применением вычислительной техники; права, обязанности и ответственность персонала, в том числе за своевременность и точность обработки информации; правила пользования информацией и порядок разрешения споров по поводу ее достоверности и др.

Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность языковых средств, используемых на различных стадиях создания и эксплуатации СОД для повышения эффективности разработки и обеспечения общения человека и ЭВМ.

1.2.5 Организационные компоненты информационной системы. Выделение организационных компонентов в самостоятельное направление обуславливается особой значимостью человеческого фактора (персонала) в успешном функционировании ИС. Прежде чем внедрять дорогостоящую систему обработки данных; должна быть проведена огромная работа по упорядочению и совершенствованию организационной структуры объекта; в противном случае эффективность ИС будет низкой. Главная проблема при этом заключается в выявлении степени соответствия существующих функций управления и организационной структуры, реализующей эти функции и стратегию развития фирмы. Средствами достижения цели - совершенствования организационных структур - являются различные методы моделирования.

Под организационными компонентамиИС (рис. 1.2) понимается совокупность методов и средств, позволяющих усовершенствовать организационную структуру объектов и управленческие функции, выполняемые структурными подразделениями; определить штатное расписание и численный состав каждого структурного подразделения; разработать должностные инструкции персоналу управления в условиях функционирования СОД.

1.2.6 Тенденции развития информационных систем. Логика развития ИС в последние 40 лет наглядно демонстрирует эффект маятника: централизованная модель обработки данных на базе мэйнфреймов, доминировавшая до середины 80-х годов, всего за несколько лет уступила свои позиции распределенной архитектуре одноранговых локальных сетей (ЛС) персональных компьютеров, но затем началось возвратное движение к централизации ресурсов системы.

Сегодня в центре внимания оказывается технология «клиент-сервер», которая эффективно объединяет достоинства своих предшественников.

Различают несколько поколений ИС.

Первое поколение ИС (1960–1970 гг.) строилось на базе центральных ЭВМ по принципу «одно предприятие – один центр обработки», а в качестве стандартной среды выполнения приложений (функциональных задач) служила операционная система фирмы IBM – MVS.

Второе поколение ИС (1970–1980 гг.): первые шаги к децентрализации ИС, в процессе которой пользователи стали продвигать информационные технологии в офисы и отделения компаний, используя мини-компьютеры типа DEC VAX. Параллельно началось активное внедрение высокопроизводительных СУБД типа DB2 и пакетов коммерческих прикладных программ. Таким образом, кардинальным новшеством ИС этого поколения стала двух- и трехуровневая модель организации системы обработки данных (центральная ЭВМ - мини-компьютеры отделений и офисов) с информационным фундаментом на основе децентрализованной базы данных и прикладных пакетов.

Третье поколение ИС (1980 – начало 1990 гг.): бум распределенной сетевой обработки, главной движущей силой которого был массовый переход на персональные компьютеры (ПК). Логика корпоративного бизнеса потребовала объединения разрозненных рабочих мест в единую ИС – появились вычислительные сети и распределенная обработка. Однако очень скоро в одноранговых сетях стали обнаруживаться первые признаки иерархичности: сначала в виде выделенных файл-серверов, серверов печати и телекоммуникационных серверов, а затем и серверов приложений. На каком-то этапе возрастающую потребность в концентрации ресурсов ИС, ответственных за администрирование системы (организацию вычислительного процесса), поддержку корпоративной базы данных и выполнение связанных с ней централизованных приложений, удалось удовлетворить в так называемой модели «среднего калибра» за счет использования UNIX-серверов, выпускаемых IBM, DEC, Hewlett-Packard, Sun и др. Поэтому рынок серверов стал одним из самых динамичных секторов компьютерной индустрии.

При развитии ИС третьего поколения идея чистой (одноранговой) распределенной обработки заметно потускнела и уступила место иерархической модели клиент-сервер.

Четвертое поколение ИС. Отличительные черты современных ИС прежде всего – иерархическая организация, в которой централизованная обработка и единое управление ресурсами ИС на верхнем уровне сочетается с распределенной обработкой на нижнем, определяется синтезом решений, апробированных в системах предыдущих поколений. Информационные системы четвертого поколения аккумулируют следующие основные особенности:

- полное использование потенциала настольных компьютеров и среды распределенной обработки;

- модульное построение системы, предполагающее существование множества различных типов архитектурных решений;

- экономия ресурсов системы за счет централизации хранения и обработки данных на верхних уровнях иерархии ИС;

- наличие эффективных централизованных средств сетевого и системного администрирования (организации вычислительного процесса), позволяющих осуществлять сквозной контроль за функционированием сети и управление на всех уровнях иерархии, а также обеспечивающих необходимую гибкость и динамическое изменение конфигурации системы;

- резкое снижение так называемых «скрытых затрат» – эксплуатационных расходов на содержание ИС, которые непросто предусмотреть в бюджете организации (поддержание функционирования сети, резервное копирование файлов пользователей на удаленных серверах, настройка конфигурации рабочих станций и подключение их в сеть, обеспечение защиты данных, обновление версий программного обеспечения и т. д.).

1.3 Классификация и структура технических средств информационных технологий

1.3.1 Этапы работы информационных систем

1.3.2 Основные сведения об устройстве ЭВМ

1.3.3 Классификация ЭВМ

1.3.4 Тенденции развития ЭВМ

Литература: 2 с. 48–76; 4 c. 32–73; 5 c. 45–56; 6 c. 4–12, 92–136; 8,9.

1.3.1 Этапы работы информационных систем. В работе информационной системы, в ее технологическом процессе можно выделить несколько достаточно четко различимых этапов:

1. Зарождение данных, т. е. формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты хозяйственных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры производственных процессов, содержание нормативных и юридических актов и т. д.

2. Накопление и систематизация данных, т. е. организация такого размещения данных, которое обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защиту их от искажений, утраты, потери связности и т.п.

3. Обработка данных – процессы, в результате которых на основе ранее накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные... Производные данные тоже могут быть подвергнуты дальнейшей обработке и принести сведения более глубокой обобщенности и т. д.

4. Отображение данных – представление данных в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего - это вывод на печать, т. е. изготовление документов, удобных для восприятия человеком. Но достаточно широко используются и такие виды представления, как построение графических иллюстративных материалов (графики, диаграммы) и формирование звуковых сигналов.

1.3.2 Основные сведения об устройстве ЭВМ. Электронной вычислительной машиной (ЭВМ) называется устройство, выполняющее следующие операции:

- ввод информации;

- обработку информации по заложенной в ЭВМ программе;

- вывод результатов обработки в форме, пригодной для восприятия человеком.

За каждое из названных действий отвечает специальный блок ЭВМ, соответственно: устройство ввода, центральный процессор (ЦП), устройство вывода. Все они очень сложны и, в свою очередь, состоят из отдельных более мелких устройств. В частности, в центральный процессор могут входить: арифметическо-логическое устройство, управляющее устройство, оперативное запоминающее устройство. Таким образом, укрупненная структурная схема ЭВМ приобретает вид, показанный на рис.1.4. Этот состав был впервые сформулирован американским математиком немецкого происхождения Джоном фон Нейманом (хотя впервые использован еще во время второй мировой войны немцем Конрадом Цузе в его вычислителях серии Z).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – это именно то место, где выполняются преобразования данных, предписанные командами программы: арифметические действия над числами, преобразования кодов, сравнение слов и пр.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или просто память, предназначена для размещения программ, а также для временного хранения каких-то частей входных данных и промежуточных результатов. Ему свойственны: способность записывать (или считывать) элементы программ и данных в произвольное место памяти (или из произвольного места памяти), высокое быстродействие. Слово произвольное означает не «какой попало», а возможность обратиться к заданному адресу без необходимости просмотра всех предшествующих.

Рисунок 1.4 – Укрупнённая структурная схема ЭВМ

Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор инструкций (команд), которые ЭВМ способна понимать и выполнять, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, и количество устройств ввода-вывода (периферийных устройств), которые можно присоединить к ней одновременно, и потребление электроэнергии, и многое другое. Но главной, как правило, характеристикой является быстродействие, то есть количество операций, которое центральный процессор способен выполнить в единицу времени.

Скорость ЭВМ существенно зависит от скорости работы ОЗУ, или иными словами, от продолжительности обращения к ОЗУ. Поэтому постоянно ведутся поиски элементов ОЗУ, которые требовали бы как можно меньше времени на операции чтения-записи. Однако, вместе с быстродействием растет (и очень резко) стоимость элементов памяти, так что построение ОЗУ необходимой емкости на быстрых элементах неприемлемо экономически. Эта проблема разрешена путем построения многоуровневой памяти. ОЗУ складывается из двух – трех частей: основная часть большой емкости, строится на относительно медленных (но зато более дешевых) элементах, а дополнительная часть (ее называют кэш-памятью) состоит из быстродействующих элементов. Те данные, к которым АЛУ обращается наиболее часто, содержатся в кэш-памяти; больший же объем оперативной информации хранится в основной памяти. Распределением информации между составными частями ОЗУ управляет специальный блок центрального процессора (ЦП). Объем ОЗУ и кэш-памяти принадлежит к числу важнейших характеристик ЭВМ.

1.3.3 Классификация ЭВМ. Номенклатура видов ЭВМ в настоящее время огромна: машины различаются по назначению, мощности, размерам, используемой элементной базе, устойчивости по отношению к воздействию неблагоприятных условий и т.п. Так что классифицировать ЭВМ можно было бы с разных точек зрения, по разным классификационным признакам. Принятая на сегодня градация ЭВМ по производительности и габаритным характеристикам (размеры, вес), представлена в таблице 1.1. Следует отметить при этом, что классификация в известной мере условна, так как границы между группами размыты и очень подвижны во времени: развитие этой отрасли науки и техники столь стремительно, что, например сегодняшняя микро-ЭВМ не уступает по мощности мини-ЭВМ пятилетней давности.

Таблица 1.1 – Классы современных ЭВМ

Класс персональных ЭВМ сам складывается из весьма разнообразных видов машин и потому заслуживает отдельной классификации (табл. 1.2). В качестве классификационного признака взяты весо-габаритные данные.

Таблица 1.2 – Микро-ЭВМ (персональные компьютеры)

1.3.4 Тенденции развития ЭВМ. В настоящее время наблюдаются следующие тенденции развития ЭВМ: