Основы информационных систем

И баз данных

 

Цель: знакомство с понятием информационных систем и способами представления информации в них.

 

1.1. Информационные системы [1]

 

Термины «информационные системы» и «базы данных» часто используют как синонимы. Информационная система включает в себя базу данных и без нее не может быть построена. База данных, в свою очередь, проектируется под конкретную информационную систему и обеспечивает данными процессы информационной системы. Как следствие, возникает вопрос: «Что было раньше – информационные системы на основе баз данных или базы данных для информационных систем?»

В рассматриваемом контексте уместно отметить различия между понятиями «данные» и «информация». «Данные» – это сведения о некоторой сущности, зафиксированные в виде значений и хранящиеся на некоторых носителях. «Данные» превращаются в содержательную «информацию», будучи осмысленно обработаны и представлены в нужное время в нужном месте.

Создание искусственных систем по переработке информации и автоматизации управления стало возможным с появлением компьютеров. В разное время были популярны термины АСУ (Автоматизированные системы управления), АИС (Автоматизированные информационные системы) и пр. Назначение всех перечисленных и им подобных программно-аппаратных систем в фиксации данных о деятельности организации и обеспечении пользователей достоверной и своевременной информацией для принятия решений и автоматизации управления.

Существуют две внутренние информационные причины необходимости автоматизации управления.

Первая причина была обозначена академиком В.М. Глушковыв в 70-е гг. XX в. как «Второй информационный барьер», который состоит в том, что человеческое общество достигло такого состояния, когда все населяющие Землю люди вместе не могут перерабатывать возросшие потоки и количество информации.

Второй причиной выступает противоречие между своевременностью и достоверностью информации в управлении. Пусть объект находится в состоянии в момент времени (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Временной интервал

Для выработки управляющего воздействия на объект необходимо собрать информацию. Но за время ее сбора объект перейдет в состояние , и информация будет уже недостоверной.

Применение информационных систем на базе компьютеров сокращает это противоречие, приближая человека к созданию идеальных инструментов управления. Но существует внешняя причина, ограничивающая развитие информационных систем сверху, она выражается в виде закона необходимого разнообразия Эшби. Пусть существует орган управления и объект управления (рис. 1.2).

 

	Орган управления		Объект управления

 

Рис. 1.2. Взаимодействие органа и объекта управления

 

Чтобы уметь управлять и реагировать на все изменения объекта, орган управления должен обладать таким же разнообразием свойств и возможностей, как объект управления, т.е. должен иметь детальную информацию о нем. Говорят, что орган управления (информационная система) должен содержать информационную модель объекта управления (предметной области).

С появлением компьютера, Интернет и Интранет стала возможной интеграция ранее независимых информационных процессов: почты, телеграфа, телефона, прессы, радио, телевидения, спутников космической связи и пр. Каждая информационная единица (фирма, организация, частное лицо) сегодня стремится стать органичной частью создаваемого электронного информационного сообщества.

Растет зависимость государств от информации (технической, экономической, военной, политической и пр.), ее источников, способностей передавать, перерабатывать, производить в расширенном масштабе, доносить до потребителя. Информация стала рассматриваться как стратегическое сырье наравне с материальными, энергетическими, людскими ресурсами.

Специалисты отмечают переход из «века энергетики» в «век информации», о чем свидетельствуют:

- время удвоения объема научных знаний примерно 2-3 года;

- материальные затраты на хранение, переработку и передачу информации (техника слабых токов – компьютеры, сети, электроника, связь, программы) превышают аналогичные затраты на энергетику (технику сильных токов);

- уровень радиоизлучения планеты Земля, опоясанной системами спутниковой, сотовой, радиосвязи, приближается к уровню радиоизлучения Солнца.

Традиционно в законченной информационной системе выделяют три уровня информации: оперативный, тактический и стратегический (рис. 1.3).

 

Рис. 1.3. Иерархия информации в информационной системе

 

Оперативная информация нижнего уровня требуется в повседневной работе. Она первична, часто обновляема и является основой в информационной иерархии информационной системы. Ее обработка автоматизируется в первую очередь. Причем назначение программного обеспечения этого уровня во многом состоит в фиксации изменений и движении данных, выводе требуемых печатных отчетов. Этот уровень сегодня представлен большим количеством автономных программных систем для решения бухгалтерских, складских и других задач «кусочной» автоматизации. Самый эффективный инструмент обработки оперативной информации – Access.

Тактическая информация получается путем обобщения информации оперативного уровня и предназначена для руководителей среднего звена. Она представляет собой различные варианты решения на основании соответствующих запросов.

Стратегическая информация получается в результате обработки оперативной и тактической информации и предназначена для руководства. Она содержит краткие, содержательные сводки, отчеты и прогнозы. На ее основе осуществляется долгосрочное планирование и разработка политики предприятия в целом.

Автоматизация обработки тактической и стратегической информации требует реализации в информационной системе функций принятия решения, более гибкого и мощного программного обеспечения с элементами «искусственного интеллекта». В частности, информационные системы сегодняшних мировых лидеров в области создания и внедрения корпоративных информационных систем – SAP, Baan, SAS и др., – предоставляют руководителям следующие основные возможности:

- выдают два-три десятка обобщенных показателей, описывающих текущее состояние бизнеса, используя специальные методы, основанные на нечеткой логике;

- показывают динамику развития бизнеса с прогнозированием в будущее;

- позволяют моделировать ситуации в будущем на основе текущих плановых показателей;

- содержат встроенные средства оптимизации управления;

- дают возможность оценить риски, т.е. оценить шансы на успех для различных вариантов решений руководителя;

- обеспечивают руководителю работу в режиме удаленного доступа с мобильного компьютера и мгновенную, в течение нескольких секунд, реакцию на запросы.

Обработка оперативной информации фактически представляет собой конторскую работу, связанную со сбором и первичной обработкой данных, формированием документов, справок. Автоматизация этой деятельности привела к появлению концепции электронного офиса и, соответственно, офисных пакетов, в частности Microsoft Office, Perfect Office и пр. И если в организации нет единой информационной системы, то многие задачи оперативного и тактического уровней могут успешно решаться с их помощью.

Одной из фундаментальных идей современных информационных систем является концепция баз банных: данные должны быть организованы в базы данных с целью адекватного отражения реального объекта и обеспечения информационных нужд пользователя [8, с. 32].

 

Базы данных

 

База данных является центральной частью информационной системы. База данных – это совокупность данных машинной обработки, которая отражает информационную модель предметной области на определенном уровне абстракции. Современные базы данных хранят данные в виде таблиц, которые определенным образом связаны между собой. В связи с этим их называют реляционными базами данных (relation – отношение, родство).

Преимущества электронных баз данных заключаются в следующем:

- обеспечено централизованное хранение информации;

- затрачивается меньше времени на ввод данных;

- быстрый отбор и поиск информации происходит благодаря высокой скорости работы;

- электронная система показывает высокую устойчивость к ошибкам.

Работа с базой данных делится на три этапа [11, с. 6–7]:

1. Проектирование.

2. Программная реализация.

3. Эксплуатация.

На этапе Проектирования закладываются основы будущей базы данных. Проектирование проводится на бумаге и требует тщательного подхода, так как именно здесь будет разработана база данных. Необходимо проделать следующую работу:

- собирается информация о будущей работе, о ее структуре и движении документов, изучаются задачи автоматизации, определяются объекты системы и связи между ними;

- для каждого объекта выявляются свойства и характеристики, по которым создаются поля (атрибуты), составляющие исходные таблицы (отношения) базы данных;

- для каждого объекта назначаются первичные ключи (поля) и производится разбиение исходных таблиц, устанавливаются связи;

- проверяется корректность проекта, проект (все выделенные объекты, их атрибуты и описываемые процессы) должен адекватно, на требуемом уровне детальности, отображать предметную область, требующую решения задачи.

Этап Реализации связан с разработкой приложения на компьютере в следующем порядке:

- составить структуры таблиц и ввести их в компьютер;

- для пользователей информационной системы разработать интерфейс работы с базой данных, т.е. экранные формы для ввода и отображения данных, отчеты для печати сводных данных на бумагу, разработать запросы для отбора данных и при необходимости создать макросы и подпрограммы, обеспечивающие выполнение всех функций приложения;

- спланировать порядок (технологию) ведения и поддержания базы данных в рабочем состоянии;

- заполнить информационную систему отладочными данными и отладить ее, провести тестирование, составить инструкции по работе с информационной системой и обучить персонал.

Этап Эксплуатации начинается с внесения в базу данных реальной информации, после чего происходит ее использование, при необходимости – доработка. Сопровождение информационной системы здесь играет важнейшую роль, поскольку развитие и изменение предметной области в реальной жизни всегда требует совершенствования информационной системы и разработку новых приложений.

При разработке крупных интегрированных систем управления предприятием присутствует стадия моделирования и анализа предметной области. Она выполняется с использованием специальных программных средств (CASE средств), которые позволяют промоделировать (построить диаграммы) потоки данных, процессы и функции предприятия, выявить узкие места и дать рекомендации по эффективной организации структуры бизнес-процессов на предприятии. К таким средствам моделирования относятся Bpwin (для непрограммистов) и Erwin (для программистов) компании Platimun/Logic Works, Rational Rose фирмы Rational Software, ARIS IDS Sheer AG и др.

Кроме построения моделей текущего состояния предприятия и анализа, программные средства моделирования позволяют сформировать спецификации и построить проект будущей информационной системы. Более того, может быть получен программный код для наиболее распространенных СУБД. Таким образом, стадия моделирования может захватывать этап проектирования и часть этапа реализации информационной системы.

Рассмотрим подробнее центральную часть информационной системы, которую составляет База данных – список (таблица) с информацией, состоящей из строк (называемых записями) и столбцов (называемых полями). База данных может быть, например, просто списком телефонных номеров сотрудников: один – с именами, другой – с телефонами и много строк, содержащих имя и номер телефона. Используя приведенную выше терминологию, можно сказать, что Имя и Номер телефона являются полями, а каждая строчка, содержащая имя и номер телефона, – записью. На рисунке 1.4 изображена простейшая база данных.

 

Рис. 1.4. Простейшая база данных

 

Для работы с такой базой не требуется специализированная программа обработки баз данных, например, Access. Подобный список можно сохранить в электронной таблице (Excel) или в текстовом файле (Word). Преимущество реляционной базы данных становится очевидным, когда есть два и более списка данных на различные темы, и эти списки связаны между собой. Например, дополним наш телефонный справочник одним полем (столбцом), в который внесем название улицы. Можно хранить информацию в одном списке, но тогда придется повторять информацию о городах и их кодах для каждой строки телефонного справочника, что неприятно и неэффективно (табл. 1.1).

 

Таблица 1.1

Имя	Номер телефона	Улица
Иванова Мария	255-451	Красных партизан
Сидоров Павел	235-610	Садовая
Соколов Михаил	222-651	Красных партизан

 

В реляционной таблице информация о каждой улице записана только один раз, в таблице Улицы. Каждой записи в этой таблице присвоен идентификационный номер. Все списки содержат только необходимую информацию. Никакие данные в ней не повторяются! Списки, или таблицы, связаны между собой при помощи номеров улиц, содержащихся в поле Код улицы.

Таблица 1.2

Имя	Номер телефона	Код улицы
Иванова Мария	255-451
Сидоров Павел	235-610
Соколов Михаил	222-651

 

Таблица 1.3

Код улицы	Улица
	Красных партизан
	Садовая

 

Теперь можно создать отчет, содержащий телефонные номера всех проживающих на одной улице.

Для создания баз данных используются специальные программные инструментальные системы – системы управления базами данных (СУБД). Мы в учебном процессе будем использовать СУБД Microsoft Access. Основное назначение СУБД Access в следующем:

1. Обеспечить описание структуры и процессов информационной модели в виде базы данных, т.е. описание базы данных и связей между ними, операций над данными в таблицах.

2. Контролировать целостность и непротиворечивость данных в базе данных.

3. Автоматически отображать информационную модель в физическую базу данных на магнитных носителях компьютера.

Microsoft Access относится к реляционным (от англ. relation – отношение) системам управления базами данных (СУБД).

Действительно, реляционная база данных представляет собой совокупность таблиц, связанных между собой определенными отношениями и предназначенных для хранения данных. Отношения между таблицами являются существенной частью этой модели данных.

Основу реляционной модели данных составляют таблицы, которые содержат данные об однотипных объектах. Таблица реляционной базы состоит из строк и столбцов. Каждая строка содержит данные об одном объекте (телефонном номере сотрудника) и называется записью. Все записи имеют одинаковую структуру – они состоят из полей. Каждое поле записи содержит некоторое свойство представляемого объекта (ФИО сотрудника, телефонный номер, улицу). Все записи одной таблицы имеют одни и те же поля, поэтому каждый столбец таблицы содержит значение одного и того же свойства объектов, представляемых таблицей. Например, столбец Номер телефона будет содержать только телефонные номера и не может хранить ничего, кроме чисел телефонного номера. В этом коренное отличие таблиц реляционной базы данных от таблиц Excel.

Итак, о таблице реляционной базы данных можно сказать следующее:

- количество полей в каждой строке одинаковое;

- в каждом столбце хранится однотипная информация;

- в каждой строке хранится информация только об одном объекте;

- в других строках сведений об этом объекте быть не может.

Каждая таблица должна иметь один или несколько столбцов (атрибутов), которые однозначно идентифицируют каждый объект в таблице, т.е. позволяют четко отличить один объект от другого. Такие столбцы образуют первичный ключ, и если столбцов несколько, то говорят, что первичный ключ является составным. Поле, представляющее первичный ключ, называется ключевым полем.

Например, на рисунке 1.5 приведена таблица Товары из учебной базы данных Борей. Первый столбец этой таблицы Код товара является ключевым, т.к. код товара уникален для каждого товара. Для каждой записи это означает, что в таблице Товары не может содержаться двух записей с одним кодом товара.

 

 

Рис. 1.5. Таблица Товары

 

В реляционной базе данных очень важным является понятие связи между таблицами. Связь – это логическое отношение между объектами, представленными таблицами. Связь между записями двух таблиц основана на совпадении значений атрибутов, по которым эта связь устанавливается. Чтобы было понятно, о чем идет речь, рассмотрим еще одну таблицу – Поставщики (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Таблица Поставщики

 

Эта таблица также имеет ключевое поле – Код поставщика. А теперь сравните таблицы Товары и Поставщики. Несомненно, эти объекты связаны между собой. В таблице Товары есть столбец Поставщик. Товар с кодом 1 поставляется поставщиком 6 – Mayumi's. Товары с кодами 2, 3 и 4 поставляются поставщиком 7 – Pavlova, Ltd. Итак, первая запись таблицы Товары связана с шестой записью таблицы Поставщики, вторая, третья и четвертая записи таблицы Товары связаны с седьмой записью таблицы Поставщики. Таким образом, связь между таблицами Товары и Поставщики устанавливается по совпадающим значениям полей Поставщик (в таблице Товары) и Код поставщика (в таблице Поставщики).

Обратите внимание, что значение 7 встречается в столбце Поставщик таблицы Товары несколько раз, т.е. несколько товаров поставляются одним поставщиком Pavlova, Ltd.; несколько раз встречается и значение 8 (поставщик Specialty Biscuits, Ltd.) и т.д. Значит, одной записи в таблице Поставщики соответствует несколько записей в таблице Товары. Такая связь называется «один-ко-многим». На стороне «один» находится таблица Поставщики, а на стороне «многие» – таблица Товары. При этом таблицу Поставщики принято назвать главной, а таблицу Товары – подчиненной.

Кроме отношения «один-ко-многим» существуют отношения «один-к-одному» и «многие-ко-многим» (прил. 1).

Любая СУБД позволяет выполнить следующие операции с данными:

- добавление записей в таблицу;

- удаление записей из таблицы;

- изменение значений некоторых полей в записях таблицы;

- поиск записей, удовлетворяющих заданному условию.

Для выполнения этих операций создаются запросы. Результатом выполнения запроса может быть извлечение некоторого множества записей, которые называют результирующим набором.

Важной функцией СУБД является управление данными, под которыми понимают защиту данных от несанкционированного доступа, поддержку многопользовательского режима работы с данными, обеспечение целостности и согласованности данных.

Защита от несанкционированного доступа состоит в том, что каждому пользователю разрешается видеть и изменять только те данные, которые определены его правами. Средства многопользовательского доступа обеспечивают одновременную работу с таблицами множества пользователей, и при этом они не позволяют нескольким пользователям одновременно изменять одни и те же данные. Средства обеспечения целостности и согласованности данных предотвращают некорректные изменения, например, добавление записи, у которой не определено значение ключевого поля, или удаление записи в главной таблице, если эта запись имеет связанные записи в подчиненной таблице.

Различия между базами данных Access и таблицами Excel [10, с. 54].

- Для каждого столбца таблицы Access определен тип данных, тогда как в столбец таблицы Excel можно вводить разнородные данные.

- Access позволяет не просто вводить данные в таблицы, но и контролировать правильность этих данных. Для этого устанавливаются правила проверки на уровне таблиц. Excel также позволяет контролировать ввод данных (команда Данные„Проверка...) в списке, однако Access продолжает контроль ввода и в форме, и в странице доступа.

- В таблицах Excel часто приходится держать повторяющиеся данные (для удобства в Excel встроен режим автоподстановки). Структуру таблиц базы данных разрабатывают таким образом, чтобы избежать дублирования информации. Это позволяет не только экономить память, но и увеличить скорость и сократить число ошибок.

- Access имеет очень развитую систему защиты от несанкционированного доступа. В Excel существует возможность защитить ячейку, лист и книгу, однако в Excel не реализована возможность назначать определенные права доступа к данным и элементам интерфейса (формам, командам меню, отчетам) для разных пользователей.

- В то же время Excel обладает прекрасными возможностями выполнения расчетов и анализа данных. Причем данные могут извлекаться не только из книг Excel, но и из баз Access.

 

Контрольные вопросы

1. Без чего не может быть построена информационная система?

2. Есть ли отличия между понятиями «данные» и «информация»?

3. Как фиксируются данные? Как фиксируется информация?

4. Каковы были причины автоматизации процесса управления?

5. Какая внешняя причина ограничивает развитие информационных систем?

6. Почему информация стала рассматриваться как стратегическое сырье?

7. Сколько уровней присутствует в законченной информационной системе?

8. Обработка какой информации автоматизируется в первую очередь?

9. Что представляет собой информация, предназначенная для руководителей среднего звена?

10. Что содержит информация для руководства компании?

11. Реализация какой функции позволяет автоматизировать обработку информации для руководителей? В чем ее содержание?

12. Из каких этапов состоит обработка оперативной информации и каковы пути ее реализации?

13. С помощью каких инструментов происходит программная реализация баз данных и в чем их преимущества?

14. На сколько этапов делится работа с базой данных и каково их содержание?

15. В каких еще приложениях пакета Microsoft Office можно создавать базы данных и в чем их отличия?

 

Тестовые задания

1. Что лежит в основе информационной системы?

а) информационная база.

б) база данных.

в) программно-аппаратная система.

г) человеческий ресурс.

2. Противоречия между какими свойствами информации лежат в основе создания информационных систем?

а) ясность и достоверность.

б) своевременность и достоверность.

в) ценность и своевременность.

г) полезность и ясность.

3. Информационная модель описывает:

а) материальные потоки;

б) информационные потоки;

в) предметную область;

г) объект управления.

4. Какой уровень информации в информационной системе требует непрерывной фиксации изменений и движения данных?

а) тактический.

б) знаний.

в) стратегический.

г) оперативный.

5. Какой уровень информации в информационной системе базируется на основе запросов?

а) тактический.

б) знаний.

в) стратегический.

г) оперативный.

6. Какой уровень информации в информационной системе на сводках и отчетах?

а) тактический.

б) знаний.

в) стратегический.

г) оперативный.

7. Какое программное обеспечение требуется для обработки тактической и стратегической информации?

а) Microsoft Office.

б) Baan.

в) Perfect Office.

г) SAS.

8. На какой стадии жизненного цикла информационной системы выясняются свойства и характеристики каждого объекта?

а) моделирования и анализа.

б) реализации.

в) эксплуатации.

г) проектирования.

9. На какой стадии жизненного цикла информационной системы строятся потоки данных, процессы и функции предприятия?

а) моделирования и анализа.

б) реализации.

в) эксплуатации.

г) проектирования.

10. На какой стадии жизненного цикла информационной системы разрабатываются интерфейсы работы с информационной системой?

а) моделирования и анализа.

б) реализации.

в) эксплуатации.

г) проектирования.

 

2. Общие вопросы разработки баз данных СУБД Access

 

 

Цель: знакомство с рабочей средой и изучение элементов Access; изучение общих вопросов разработки баз данных на примере учебной базы Борей.

 

Рабочая среда Access

 

Интегрированная среда Access предназначена для простого, логичного представления на экране информации базы данных и иных объектов, используемых при разработке приложения, а также для работы с имеющимися приложениями.

После запуска Access из Windows (меню Пуск„ Программы „Microsoft Access) и открытия базы данных пользователь видит интерфейс интегрированной среды. На рисунке 2.1 представлены элементы интегрированной среды Access, которые непосредственно после запуска не все видны.

Рис. 2.1. Интерфейс в режиме конструктора форм

 

Концепция базы данных

Части базы данных располагаются не по отдельности, а все вместе. Данные хранятся в таблицах и могут вводиться в них непосредственно или с использованием форм. Таблицы могут быть связаны одна с другой, а для извлечения нужных данных из одной или нескольких таблиц применяются запросы. Формы и отчеты основываются на запросах, которые позволяют как формам, так и отчетам отображать данные из двух или более таблиц.

Концепция взаимосвязи объектов приведена на рисунке 2.2.

 

Рис. 2.2. Взаимосвязи основных объектов в Microsoft Access [8, с. 77]

 

Таблицы являются основным хранилищем данных. Данные состоят из записей (строк) и полей (столбцов). Поле – это категория информации, такая как имя или адрес, а запись – набор полей, характеризующих некоторый объект, например, данные о сотруднике.

Форма является удобным средством для ввода и поиска информации в таблицах.

Запрос получает требуемую информацию из одной и более таблиц. Это механизм выборки, обновления, удаления и добавления данных, создания новых таблиц на основании одной или нескольких таблиц.

Отчет является организованным представлением данных из таблицы или запроса и предназначен для печати. В отчетах могут подводиться итоги, при этом выполняется обработка по заданному алгоритму.

Макрос представляет собой способ структурированного описания одного или нескольких действий, которые автоматически выполняются в ответ на определенное действие.

Модуль – это программы на языке Visual Basic, с помощью которых определенный процесс разбивается на несколько небольших процедур.

Страницы доступа к данным – это файлы HTML и вспомогательные файлы для доступа к данным из MS Internet Explorer к данным базы данных.