Устройство и функционирование информационных систем

09.02.04
2020


УДК 004(075.32)
ББК 32.973я723
Е60
Р е ц е н з е н т ы :
кандидат технических наук, доцент кафедры «Проектирование АИС»
РЭА им. Г.В. Плеханова Ю.Г. Бачинин;
проректор по IT-образованию Московской финансово-промышленной
академии, заведующий кафедрой Математических и инструментальных
методов экономики, доктор экономических наук,
профессор А.А. Емельянов
Емельянова Н.З.
Е60
Устройство и функционирование информационных систем :
учебное пособие / Н.З. Емельянова, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. —
2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ФОРУМ, 2020. — 448 с. : ил. —
(Профессиональное образование).
ISBN 978-5-91134-662-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-005766-8 (НИЦ ИНФРА-М)
В учебном пособии рассматриваются классификация и структура автоматизированных информационных систем (АИС), связанные с ними понятия и определения, роль предметной области. В качестве иллюстрации
приводятся некоторые классы информационных систем, применяемых в
экономике, и соответствующие конкретные примеры. Рассмотрены технологии проектирования АИС, а также мировые информационные ресурсы, актуальные с точки зрения экономики и управления, и средства доступа к ним.
Учебное пособие предназначено для обучающихся по специальности
09.02.04 «Информационные системы (по отраслям)» среднего профессионального образования, а также может использоваться студентами (квалификация «бакалавр», «специалист») соответствующих направлений.
УДК 004(075.32)
ББК 32.973я723
© Емельянова Н.З.,
Партыка Т.Л.,
Попов И.И., 2006, 2012
ISBN 978-5-91134-662-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-005766-8 (НИЦ ИНФРА-М)
© ФОРУМ, 2006, 2012

Введение
Вторая половина ХХ в. ознаменовалась крупным технологическим рывком — появлением электронно-вычислительных машин/компьютеров, которое открыло новые возможности обработки информации и управления.
Исторически создание вычислительной техники, ЭВМ/компьютеров явилось выдающимся результатом развития электротехники и технических знаний в целом. Постепенно наращивалась память, повышался уровень программного обеспечения, и
компьютеры стали приобретать не только вычислительные, но и
другие функции.
Общеизвестно, что первоначальными областями применения
вычислительной техники и программного обеспечения были инженерно-технические расчеты. Алгоритмический язык инженерных вычислений Fortran не предусматривал обработки сложных
структур данных или хотя бы символьной информации. С появлением в 60-х гг. ХХ в. языка программирования Кобол (COBOL —
Common Business Oriented Language), предназначенного для обработки больших массивов статистических, экономических, управленческих и других данных, агрегированных в комплексы или
структуры, началось широкое применение вычислительных машин для решения задач в экономике и управлении народным хозяйством.
Социальное значение компьютеров первых поколений состояло в возможности автоматизации интеллектуальных функций человека. Это само по себе было чрезвычайным явлением в
40—50-х гг. прошлого столетия, порождало бурные дискуссии на
темы «может ли машина мыслить», «не вытеснят ли киберы человека» и т. п.
Как уже отмечалось, до конца 70-х гг. влияние «техников» в
социально-экономическом назначении компьютеров было при

Введение
оритетным. Это связано с тем, что компьютеры родом были из
электротехники и капиталоемкость создания ЭВМ была велика;
при этом главное внимание разработчиков сосредоточивалось на
процессах
роста
памяти,
быстродействия,
комплексирования
ЭВМ и создания образцов большой мощности по обработке информации. Результаты технических достижений стали видимы и
ощутимы.
Потребитель и его интересы в использовании компьютеров
разработчиками хотя и не отрицались, однако не были приоритетны на этом этапе.
Применение компьютеров для вычислительных задач и особенно для решения управленческих проблем резко изменило ситуацию. «Неожиданно» выяснилась сравнительно невысокая эффективность использования имеющихся в то время ЭВМ. Создание на базе ЭВМ и средств связи автоматизированных систем
управления (АСУ):

 технологическими процессами (АСУ ТП);

 предприятиями (АСУП);

 отраслями (ОАСУ);

 общегосударственным уровнем управления (ОГАСУ)
вывело разработчиков и потребителей на новый, более высокий
уровень понимания возможностей использования вычислительной техники в социально-экономическом развитии общества.
Создание вычислительных комплексов зеркально отражало
жестко централизованную структуру управления в нашей стране
и, естественно, в известной мере повторяло трудности и недостатки монолитной структуры управления (по организации потоков информации, их метода свертывания, накопления, надежности и др.).
Вычислительный комплекс был организован так, что потребитель «обслуживался, приспосабливался, подгонялся» к нему, а
не наоборот. Это было неудобством принципиального характера,
которое неизбежно сказывалось на эффективности использования комплексов и ЭВМ этих поколений.
Конечно, сравнительно низкая эффективность АСУ объясняется не только слабой ориентацией на потребителя, но и тем,
что психология последнего на этом этапе была настроена на неавтоматизированные, традиционные методы обработки информации. Кстати, необоснованной «страшилкой» было мнение, что
автоматизация приведет к значительному сокращению рабочих
мест и т. д. Зарубежная и отечественная практика показала, что

Введение
5
значительное увеличение возможностей обработки информации
при использовании ЭВМ в управлении не уменьшает, а, наоборот, увеличивает число рабочих мест, предъявляя при этом к работнику новые, специфические и более высокие профессиональные требования.
Учебное пособие предназначено для обучающихся по специальности 230401 «Информационные системы (по отраслям)»
среднего профессионального образования, а также может использоваться студентами (квалификация «бакалавр», «специалист»)
соответствующих направлений. Пособие ориентировано на обеспечение формирования следующих общих и профессиональных
компетенций обучаемых:

 умение осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития;

 способность использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности;

 способность ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности;

 способность собирать данные для анализа использования и
функционирования информационной системы, участвовать
в составлении отчетной документации, принимать участие в
разработке проектной документации на модификацию информационной системы;

 умение взаимодействовать со специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий применения объектов профессиональной деятельности;

 умение производить модификацию отдельных модулей информационной системы в соответствии с рабочим заданием, находить ошибки кодирования в разрабатываемых модулях информационной системы, документировать выполняемые работы;

 способность производить инсталляцию и настройку информационной системы в рамках своей компетенции, документировать результаты работ;

 способность выполнять регламенты по техническому сопровождению и восстановлению данных информационной
системы, работать с технической документацией;

 умение осуществлять и обосновывать выбор проектных решений по видам обеспечения информационных систем;

Введение

 способность проводить обследование организаций, выявлять
информационные потребности пользователей, формировать
требования к информационной системе, участвовать в реинжиниринге прикладных и информационных процессов;

 способность участвовать в разработке технического задания;

 умение программировать в соответствии с требованиями
технического задания;

 умение применять методики тестирования разрабатываемых приложений;

 способность формировать отчетную документацию по результатам работ;

 умение оформлять программную документацию в соответствии с принятыми стандартами;

 способность использовать критерии оценки качества и надежности функционирования информационной системы.
Информационные системы связаны с семантической (содержательной) обработкой информации, которая основана на использовании закономерностей языкознания, лингвистики, теории классификации, терминологии и др.
Именно от тщательности и глубины решения семантических
проблем предметной области зависит непосредственно эффективность конкретных информационных систем, а следовательно,
и процесса информатизации как такового.
В настоящем учебном пособии рассматриваются некоторые
вопросы классификации, структуры, методы построения, проектирования и применения информационных систем, используемых для решения экономических и управленческих задач.
В главе 1 представлены общие вопросы терминологии, понятий и классов объектов и процессов, связанных с проблематикой
АИС; рассмотрены факторы информатизации и уровни информационных процессов; приведена классификация информации,
информационных технологий, автоматизированных информационные систем. Также здесь рассмотрены обеспечивающие подсистемы (компоненты) АИС, в том числе техническое, программное, информационное (включая лексическое и лингвистическое) обеспечение; классификация типов, форматов, структур
данных, файлов, баз данных и коммуникативные (обменные
форматы) АИС.
В главе 2 представлены основные (базовые) типы АИС — фактографические, документальные, интеллектуальные и гипертекстовые; описаны модели и структуры баз данных (БД), табличные

Введение
7
БД. Далее в главе рассмотрены документальные АИС: их происхождение, классические схемы функционирования документальных
АИПС. Логическая и физическая структура документальной БД,
как и поисковые возможности (а также описание БД и загрузка),
приведена на примере классической системы STAIRS. Рассмотрена также современная система реализации документальных БД —
АИПС локального и удаленного доступа Irbis — интерфейс Irbis,
структура БД, поиск в АИС Irbis, операторы поискового условия
и т. п. Рассматриваются экспертные системы (подсистемы, развитие, применение). Заканчивается глава описанием гипертекстовых технологий и БД (история развития, гипертекстовые БД, информационный поиск в гипертекстовых массивах).
Глава 3 посвящена описанию основных принципов проектирования АИС, включая традиционные и более современные
технологии. Рассмотрены некоторые классы методов проектирования систем (по степеням автоматизации, типизации, адаптивности).
Определено понятие жизненного цикла АИС. Рассмотрены
модели жизненного цикла (каскадная, итерационная, спиральная); стадии и этапы канонического проектирования ИС —
предпроектная, техно-рабочего проектирования, стадии внедрения, эксплуатации и сопровождения проекта.
Альтернативным подходом к каноническому проектированию в настоящее время является реинжиниринг бизнес-процессов (BPR — business process reengineering), который базируется на
изоморфизме информационных процессов (ИТ-архитектур) и
общих бизнес-архитектур и заключается в интеграции информационных технологий в бизнес-процессы. Автоматизация проектирования АИС (CASE-технологии) является одним из подходов
к данной интеграции. Рассматривается ER-моделирование структуры предметной области на примере среды ERWin (моделирование в ERWin, идентификация сущностей и связей в ERWin, графическое редактирование модели, обратное проектирование —
reverse engineering), а также ряд других технологий.
Здесь же рассмотрены стандарты описания и задания качества прикладного программного обеспечения и АИС. Это ГОСТ
Р ИСО/МЭК 9126—93 и зарубежные стандарты (IЕС ТС, ISO,
Baldride Award, стандарты оценки качества программного обеспечения, методология СММ, модель SCOPE*PROGEPT и др.).
Глава 4 содержит обзор некоторых типичных АИС, имеющих
применение в экономических областях, в том числе — автомати

Введение
зированных ИС по законодательству (в качестве примеров рассмотрены отечественные АИСЗ — ЮРИУС, Гарант, Консультант
Плюс), корпоративных АИС, основанных на принципах MRP,
MRP-II, ERP, систем экономического планирования, автоматизированных информационных систем электронной коммерции
(на примере Российской торговой системы — РТС). Кратко описаны и другие типы систем — географические информационные
системы (ГИС), системы анализа данных.
В главе 5 рассмотрена структура мировых информационных
ресурсов с точки зрения их использования в экономической и
управленческой деятельности, описаны базы данных на машиночитаемых носителях (электронные издания), их типы, а также
примеры
служб-генераторов
баз
данных
и
он-лайновых
хост-служб. Дано также краткое описание информационно-поисковых систем Internet.
В приложениях приведены: глоссарий терминов, методические указания по выполнению лабораторной работы «Исследование структуры информационно-поискового тезауруса (на примере тезауруса “Экономика и демография” ИНИОН)», пример
отчета о подобной лабораторной работе.
Учебное пособие базируется на материалах, накопленных авторами в процессе практической и исследовательской деятельности, а также преподавания в МИФИ, МИСИ, МЭСИ, РГГУ,
РЭУ им. Г.В. Плеханова, МГУКИ. Авторы выражают благодарность коллегам, принявшим участие в обсуждении материала —
Н.В. Максимову (МИФИ), К. И. Курбакову (РЭУ им. Г.В. Плеханова), а также О. Л. Голицыной, О.В. Белобровцевой (РТС),
Ю.В. Яхимович (АО «Консультант плюс»), студентам РГГУ и
РЭУ им. Г.В. Плеханова за предоставленные иллюстративные
материалы.

Глава 1
СОСТАВ И СТРУКТУРА
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (АИС).
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
И КЛАССИФИКАЦИЯ
Прежде чем приступить к рассмотрению проблематики структур
и функций информационных систем, остановимся вкратце на истории вопроса, а также попытаемся найти его место в общем множестве процессов и задач информатизации экономики, управления и
других отраслей целесообразной деятельности человечества.
Мы предполагаем вкратце рассмотреть:

 факторы информатизации и этапы развития информационных процессов и систем;

 уровни информационных процессов;

 классификацию информации, информационных технологий, систем и ресурсов;

 функциональную структуру и обеспечение (подсистемы)
информационных систем.
1.1. Информационные объекты и процессы.
Классификация
Факторы информатизации
В качестве таковых могут быть определены:
а) технические средства информатизации (аппаратурный
фактор);
б) программные средства и системы (программный фактор);
в) информац ионный фактор — собственно информация,
т. е. сигналы, сообщения, массивы данных, файлы и базы данных (БД);

Глава 1. Состав и структура АИС
г) интеллектуальные усилия и тр у д ч ел о век а (человеческий, гуманитарный фактор). Всегда присутствует человек-пользователь, решающий задачи какой-либо предметной области с использованием инструментария информатики.
Перечисленные компоненты информатизации не случайно
названы факторами, поскольку, подобно классическим экономическим факторам производства (труд, капитал, земля), они:

 взаимозаменяемы (одна и та же производительность может
быть достигнута при различных сочетаниях факторов —
математически это описывается кривой безразличия);

 эффективность производства при увеличении одного из
факторов, но при фиксированном вкладе остальных увеличивается, но все медленнее (закон убывающей производительности), что требует согласованного развития всех
составляющих, и не последняя роль здесь отводится человеческому
фактору.
В
частности,
пользователь
должен
«соответствовать» уровню информационных технологий.
Все названные компоненты (факторы) в значительной степени взаимозаменяемы при решении задач. Это означает, что в
широких пределах некоторый результат может быть получен, а
задача — решена как в рамках электронных схем, так и посредством программ или информационных ресурсов (а также, естественно, интеллектуальными усилиями человека).
Например, математическая функция
y  ex
может быть получена:
1) аппаратурно (усилитель с нелинейными обратными связями);
2) программно (вычисление суммы ряда для ex);
3) при использовании базы данных (в качестве таковой здесь
может фигурировать сборник математических таблиц, содержащих соответствующие значения y и x).
Аналогично могут быть приведены такие примеры, как перемножение двух переменных, построение случайной последовательности чисел и т. п. Ниже будет рассмотрена конкретная аппаратурная реализация поисковых процессов в АИС (машины
баз данных).
Перечисленные факторы соответствуют также и с т о р и ч е -
с к о й п о с л е д о в а т е л ь н о с т и р а з в и т и я и н ф о р м а т и -