Информационные технологии: разработка информационных моделей и систем

А.В. ЗАТОНСКИЙ
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКА  ИНФОРМАЦИОННЫХ
МОДЕЛЕЙ  И  СИСТЕМ
УЧЕБНОЕ  ПОСОБИЕ
Допущено Учебно-методическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся  по направлению
«Информатика и вычислительная техника»
Москва
РИОР
ИНФРА-М

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
УДК 681.3(075.8)
ББК 32.97я73
          З37
Рецензенты:
заслуженный деятель науки Российской Федерации, д-р техн. 
наук, профессор А.В. Костров;
заслуженный деятель науки Российской Федерации, д-р техн. 
наук, профессор Г.Г. Куликов;
д-р техн. наук, профессор Г.С. Иванова
Затонский А.В.
З37	
	
Информационные технологии: разработка информационных моделей и систем : учебное пособие / А.В. Затонский. — Москва : РИОР : 
ИНФРА-М, 2023. — 344 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — 
(Высшее образование). — DOI: https://doi.org/10.12737/15092
ISBN 978-5-369-01183-6 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006622-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100359-6 (ИНФРА-М, online)
Рассмотрены обширный теоретический материал и практические 
рекомендации по разработке информационных систем, охватывающие большую часть их жизненного цикла. Особое внимание уделено структурному моделированию различных предметных областей.
Предназначено для студентов направления «Информатика и вычислительная техника» при изучении дисциплины «Информационные 
технологии».
УДК 681.3(075.8)
ББК 32.97я73
Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 
в электронно-библиотечной системе ZNANIUM по адресу
http://znanium.com.
Ссылку для доступа вы можете получить
при сканировании QR-кода с обложки
ISBN 978-5-369-01183-6 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006622-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100359-6 (ИНФРА-М, online)	
© Затонский А.В.

ВВЕДЕНИЕ
Генеральная цель (стратегия) любой организации базируется на достижении ее частных целей, например:
x
цель на рынке;
x
цель в сфере производства;
x
цель в области обработки информации;
x
цель в области финансов.
В течение последних лет значительная часть дискуссий, касающихся развития корпоративного менеджмента, относится к сфере практического применения современных информационных технологий для достижения информационных целей организации. Построение комплексных управленческих систем выросло в отдельную ветвь науки об
управлении и стало причиной развития целой отрасли высоких технологий. При этом иногда складывается впечатление, что все нынешнее
информационное изобилие развивалось и продолжает развиваться таким образом, что становится способным ввести в заблуждение не только неподготовленных читателей, но и самих специалистов в области
управления. С оёдной стороны, это не удивительно, если подходить к
данной проблеме с научной точки зрения, так как для любых дисциплин на первоначальном этапе развития характерно отсутствие единой
системы терминов и понятий, наличие принципиально разных научных
школ и подходов, а также масса других недостатков, вызванных отсутствием достаточного практического опыта. Однако если принимать во
внимание интересы всех существующих и потенциальных заказчиков
информационных систем, на предприятиях которых производятся дорогостоящие и зачастую плачевные опыты по обкатке и адаптации существующих решений, то фокус необходимо сместить из научнометодической области в область бизнеса.
Традиционно начнем с определения некоторых ключевых понятий
[11]. Стоит отметить, что многие из базовых терминов имеют множество определений, поэтому постараемся выбрать наиболее распространенные и находящиеся максимально близко к контексту задачи.
Бизнес-модель — это описание предприятия как сложной системы, с
заданной точностью. В рамках бизнес-модели отображаются все объекты (сущности), процессы, правила выполнения операций, существующая стратегия развития, а также критерии оценки эффективности
функционирования системы. Форма представления бизнес-модели и
уровень ее детализации определяются целями моделирования и принятой точкой зрения.
Информационная модель — подмножество бизнес-модели, описывающее все существующие (в том числе не формализованные в документальном виде) информационные потоки на предприятии, правила
3

обработки и алгоритмы маршрутизации всех элементов информационного поля.
Информационная система (ИС) — это вся инфраструктура предприятия, задействованная в процессе управления всеми информационно-документальными потоками, включающая в себя следующие обязательные элементы:
x
информационная модель, представляющая собой совокупность
правил и алгоритмов функционирования ИС; информационная
модель включает в себя все формы документов, структуру справочников и данных и т.д.;
x
регламент развития информационной модели и правила внесения
в нее изменений;
x
кадровые ресурсы (департамент развития, привлекаемые консультанты), отвечающие за формирование и развитие информационной модели;
x
программный комплекс (ПК), конфигурация которого соответствует требованиям информационной модели (программный
комплекс является основным движителем и, одновременно, механизмом управления ИС); кроме этого, всегда существуют требования к поставщику ПК, регламентирующие процедуру технической и пользовательской поддержки на протяжении всего жизненного цикла;
x
кадровые ресурсы, отвечающие за конфигурирование ПК и его
соответствие утвержденной информационной модели;
x
регламент внесения изменений в конфигурацию ПК и состав его
функциональных модулей;
x
аппаратно-техническая база, соответствующая требованиям по
эксплуатации ПК (компьютеры на рабочих местах, периферия,
каналы телекоммуникаций), системное программное обеспечение (ПО) и системы управления базами данных (СУБД);
x
эксплуатационно-технические кадровые ресурсы, включая персонал по обслуживанию аппаратно-технической базы;
x
правила использования ПК и пользовательские инструкции, регламент обучения и сертификации пользователей.
По сложившейся традиции, информационной системой принято
называть программно-аппаратный комплекс для обработки (в том числе и автоматической) информации пользователя, выработки решений,
формирования документов и т.д., что не является корректным, так как
ранее уже продемонстрировано, что это лишь часть нормальной функциональности ИС. Существует много определений понятия системы,
но все они подразумевают единство законов движения (развития) составляющих элементов. Если же мы говорим о системе, построенной
человеком, то законы движения должны определяться конкретными
целями — например, уже перечисленными. А, например, ПО в отсут4

ствие информационной модели (в контексте рассматриваемого вопроса) лишено собственных законов развития и является не более чем необходимым инструментом для построения системы.
ИС обеспечивают часть обработки информации, следовательно,
глобальная цель ИС должна состоять в обеспечении ее возможно
большего вклада в цели организации через использование информационных технологий (ИТ) [1].
Условия создания ИС таковы, что необходимо добиться приемлемого результата при сложных многопараметрических входных данных
(рис. В.1).
Рис. В.1. Соответствие воздействий на исходную
и информационную системы
Адекватную ИС создать сложно, так как сама исходная система
обычно достаточно сложна. Одним из универсальных методов исследования и создания сложных систем является системный подход.
Системный подход оперирует рядом категориальных понятий. Его
фундаментальным понятием является понятие системы, давая которое,
необходимо преследовать определенную цель. Если целью является
познание уже существующей системы, то вполне пригодным оказывается дескриптивное определение системы — это совокупность объектов, свойства которой определяются отношением между этими объектами. Объекты называют подсистемами, или элементами системы.
5

Каждый объект при самостоятельном исследовании может рассматриваться как система. Функции объекта определяются его внутренним
устройством. Совокупность связей между объектами называют топологией системы. Система, в отличие от совокупности отдельных объектов, обладает некоторыми свойствами, отсутствующими у объектов в
отдельности. Такое свойство называется эмерджентностью. Эмерджентность обычно является настолько неотъемлемым системным
свойством, что ее отсутствие позволяет говорить о том, что декомпозиция системы на объекты выполнена неверно.
Дескриптивное определение системы играет познавательную роль
для объяснения функций, реализуемых ею. Функции системы проявляются в процессе ее взаимодействия с внешней средой. При этом важно определить границу между внешней средой и создаваемой системой. Это можно осуществить на основе конструктивного определения
системы. Особое значение конструктивный подход имеет для технических систем, в том числе ИС.
Системный подход позволяет свести задачу высокой размерности к
связанным по определенным правилам более простым задачам. При
этом общий результат получается путем объединения по некоторым
правилам результатов решений составляющих частных задач. Если полученный результат не приводит к заданной цели, то вносятся изменения в постановку задачи, или в правила подбора исходных данных, или
в правила объединения задач и результатов их решений, и весь процесс
повторяется. В [39] сформулирован обобщенный двухуровневый системный алгоритм, обеспечивающий создание и эффективное использование ИС, состоящий в следующем.
1.
Первый уровень (описывает создание ИС в целом).
1.1. Определение цели (глобальная цель, которая путем декомпозиции разбивается на дерево локальных целей).
1.2. Описание условий работы и элементов (идентификация, описание с помощью алгебраических, дифференциальных уравнений, 
характеристики 
наблюдаемости, 
управляемости,
устойчивости).
1.3. Определение топологии (выделение последовательных и параллельных соединений, обратных и прямых связей, координации и субординации).
1.4. Решение частных задач.
1.5. Агрегирование системы.
1.6. Заключение 
о 
достижении 
цели 
или 
корректировка
п. 1.1–1.5.
2.
Второй уровень (решение частных задач).
2.1. Описание условий задачи.
2.2. Обоснование критерия качества.
2.3. Обоснование класса допустимых систем.
2.4. Синтез подсистемы.
6

2.5. Анализ реализуемости.
2.6. Отыскание реализуемой подсистемы.
2.7. Анализ чувствительности, устойчивости.
2.8. Заключение о приемлемости варианта или корректировка
п. 2.1–2.7.
Алгоритм является иерархическим. Исследования в пределах подсистемы выполняются детально на основе подробных моделей, а в верхний уровень поступают обобщенные (наиболее значимые) данные. За
счет этого достигается корректное упрощение описания системы и
обеспечиваются адекватность и эффективность модели системы в целом. Алгоритм несложен, но применять его нужно строго и последовательно, иначе ситуация заходит в тупик из-за несогласованности на
связях.
Алгоритм может применяться, в том числе, при разработке ИС одним человеком, что характерно для выполнения студенческой курсовой
или выпускной квалификационной работы (ВКР).

1. ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА КАК РЕЗУЛЬТАТ
ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Предлагается [21] следующее содержание идеальной ВКР по
направлению «Информатика и вычислительная техника».
1.
Аннотация по ГОСТ 7-86–2004.
2.
Введение. Предметная область.
2.1.
Описание предметной области.
2.2.
Примененные методы исследования и системного анализа
предметной области.
2.3.
Критерий качества предметной области, на основании которого производится поиск существующей проблемы.
2.4.
Результат исследования и анализа: обнаруженная проблема,
решением которой является ВКР.
2.5.
Актуальность и практическая значимость решения обнаруженной проблемы.
2.6.
Существующие средства решения проблемы, готовые средства, системы или программные продукты. Краткая характеристика современного состояния разрабатываемого вопроса
в России и за рубежом.
2.7.
Обоснование непригодности существующих средств и необходимости создания (или существенной корректировки, доработки, дополнения существующей) информационной системы
(ИС).
2.8.
Экономическая, экологическая, социальная или другая оценка
целесообразности создания ИС для решения проблемы.
3.
Информационная система.
3.1.
Цели, стоящие перед создаваемой ИС.
3.2.
Задачи, которые надо решить для достижения целей.
3.3.
Определение требований к ИС и выбор метода определения
требований: управляемая пользователем разработка, контролируемая пользователем разработка, независимая от пользователя разработка.
3.4.
Разработка спецификации качества ИС. Можно использовать
примитивы качества:
3.4.1.
Завершенность (completeness).
3.4.2.
Точность (accuracy).
3.4.3.
Автономность (self-containedness).
3.4.4.
Устойчивость (robustness).
3.4.5.
Защищенность (defensiveness).
3.4.6.
Документированность (documentation).
3.4.7.
Информативность (accountability).
3.4.8.
Коммуникабельность (communicativeness).
8

3.4.9.
Временнaя эффективность (time efficiency).
3.4.10. Эффективность по ресурсам (resource efficiency).
3.4.11. Эффективность по устройствам (device efficiency).
3.4.12. Понятность (understandability).
3.4.13. Структурированность (structuredness).
3.4.14. Удобочитаемость (readability).
3.4.15. Расширяемость (augmentability).
3.4.16. Модифицируемость (modifiability).
3.4.17. Модульность (modularity).
3.4.18. Независимость от устройств (device independence).
3.4.19. Другие примитивы качества.
4.
Функциональное моделирование предметной области.
4.1.
Выбор типа функциональной модели предметной области
(SADT, DFD, IDEF3) на каждом уровне.
4.2.
Выбор средства функционального моделирования предметной области.
4.3.
Создание модели AS IS.
4.4.
Анализ модели, обнаружение недостатков.
4.5.
Оптимизация и реинжиниринг функциональной модели
предметной области. Применение методов математического
моделирования или теории принятия решений для оптимизации предметной области.
4.6.
Создание модели TO BE (результат оптимизации).
4.7.
Анализ последствий реинжиниринга.
4.8.
Выбор процессов, подлежащих автоматизации.
4.9.
Анализ внешних связей модели, т.е. входящих и исходящих
потоков данных и событий.
5.
Составление функциональной спецификации ИС.
5.1.
Описание внешней информационной среды, к которой должны применяться программы разрабатываемой ИС.
5.2.
Формулирование функций ИС, определенных на множестве
состояний конкретной информационной среды (внешних
функций ИС).
5.3.
Описание нежелательных (исключительных) ситуаций, которые могут возникнуть при выполнении программ ИС, и реакций на эти ситуации, которые должны обеспечить соответствующие программы.
6.
Информационное моделирование предметной области.
6.1.
Выбор средства создания информационной модели.
6.2.
Информационная модель предметной области (ERD).
6.3.
Нормализация данных в ERD. Рациональная денормализация.
6.4.
Проектирование индексов.
7.
Проектирование ИС.
7.1.
Выбор архитектуры программных средств (ПС) ИС.
7.1.1. Выбор и обоснование основного архитектурного подхода.
9

7.1.1.1.
Цельная программа;
7.1.1.2.
Комплекс автономно выполняемых программ;
7.1.1.3.
Слоистая (многоуровневая) программная система;
7.1.1.4.
Коллектив параллельно выполняемых программ.
7.1.2. Выбор серверной архитектуры: файл-сервер, SQL, терминальный сервер и т.п.
7.1.3. Выбор клиентской архитектуры: монолитное ПС, клиентсерверное (двухзвенное) ПС, трехзвенное ПС (клиент — сервер приложений — сервер баз данных) и т.п.
7.1.4. Выбор архитектуры ИС с позиции разделения на автоматизированные рабочие места (АРМ), на которых реализуются
функции ИС.
7.2.
Выбор архитектуры технических средств ИС (средства связи
и телекоммуникации, архитектура hardware и т.п.). Расчеты
пропускной способности вычислительной сети, времени отклика и т.п.
7.3.
Выбор ОС для всех частей ПС ИС.
7.4.
Выбор модели жизненного цикла ПС (водопадный подход,
исследовательское программирование, прототипирование,
спиральный подход или другая модель).
7.5.
Обоснование и выбор системы управления базами данных
(СУБД).
7.6.
Выбор ПС для реализации частей ПС (клиентской части, серверной части, «тонкого» или «толстого» клиента, WEBинтерфейса и т.п.).
7.7.
Выбор и обоснование выбора применяемых технологий программирования в рамках выбранных программных средств
реализации ИС.
7.8.
Разделение ПС на части (модули).
7.9.
Эргономический анализ создаваемых частей ПС.
7.10. Разработка ПС или модулей. Внимание следует уделять
(и отражать в записке) следующим моментам:
7.10.1. Особенности и тонкости реализации ПС.
7.10.2. Указания по компиляции.
7.10.3. Указания по размещению файлов.
7.10.4. Выбор и использование средств создания объектов
и т.п.
8.
Выбор технологии реализации ИС и методов управления разработкой.
9.
Разработка рекомендаций по выбору аппаратной части ИС.
10.  Разработка мероприятий по обеспечению надежности ИС (резервирование, зеркалирование, архивирование и т.п.).
11.  Разработка мероприятий по защите информации при работе ИС.
11.1. Административные меры.
11.2. Программные средства.
10