Различные уровни описания информационных систем в реальности представляют собой иерархию различных моделей – моделей бизнес-процессов, приложений, данных, серверов, ролей, процедур, потоков и т.п.

Стратифицированная система – это система, которая задаётся семейством моделей, а страта есть уровень абстрагирования, заданный конкретной моделью.

Предложенные характеристики можно рассматривать как принципы стратификации:

• целенаправленность описания;
• независимость описания;
• зависимость требований сверху-вниз;
• иерархическая вложенность;
• повышение детализации сверху-вниз.

Исходя из принципа иерархической вложенности и независимости описания можно сделать предположение, что наиболее эффективным подходом к построению полностью стратифицированной модели системы будет определение эмерджентных свойств по подсистемам, и разделение на уровни абстрагирования – страты – соответственно, группировке наиболее чётко дифференцируемых эмерджентных свойств. Назовем это эмержентным подходом к стратификации.

Эмерджентность (или эмергентность) (от англ. emergent — возникающий, неожиданно появляющийся) в теории систем — наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её элементам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним — «системный эффект».

Для информационных систем до сих пор нет четких критериев, по которым необходимо определять страты для информационных систем и, соответственно, степень стратификации не определялась. По цели создания информационных систем – управление бизнесом – верхняя страта должна быть экономической моделью предприятия. По физической реализации нижняя страта – техническая аппаратная инфраструктура.

Ниже предлагается вариант стратификации ИС с использованием «эмерджентного» подхода. При этом следует учесть, что построение детальной стратифицированной модели с поэлементным описанием каждого уровня каждой страты – отдельная сложная задача, с учётом многообразия архитектурных подходов.

Страта 1. Аппаратные ресурсы
Эмерджентные свойства данной страты – способность обрабатывать и хранить данные, которая измеряется в производительности (процессорной мощности, флопсах), объёме оперативной памяти, объёме дисковой (твердотельной) памяти. Входом данной страты являются сигналы, цифровые (биты) либо аналоговые. Для сложных Центров обработки данных уровни детализации внутри страты будут располагаться от кластерных аппаратных комплексов до компонентов отдельного сервера.

Страта 2. Обработка информации
Эмерджентные свойства – способность обеспечить хранение, обработку, доступность информации (структурированных, осмысленных данных). Это уровень СУБД. Входом страты являются данные. На верхнем уровне страты – распределенные клиент-серверные 2, 3-уровневые системы, на нижнем – конкретная СУБД и БД, запускаемая и размещаемая соответственно на конкретных аппаратных ресурсах.

Страта 3. Приложения
Эмерджентные свойства – способность исполнять бизнес-процессы и осуществлять поддержку принятия управленческих решений. Входами данной страты является информация (данные, имеющие бизнес-значение), поставляемая в связи или благодаря какому-то событию. Моделью данной страты будет ИТ-архитектура, например, предлагаемая в архитектурном подходе ОАО «Сургутнефтегаз» [6], когда элементами архитектурной модели являются ИТ-решения2 , что и является функциональным ИТприложением.

Страта 4. Бизнес
Эмерджентное свойство этой главной капиталистической страты – получение прибыли. Сама страта представляет собой бизнес-модели предприятия, входами являются затраты – ресурсы, расходные материалы, электроэнергия и прочие.

Страта 5. Стратегия
Эмерджентное свойство – достижение целей. На данной страте осуществляется целеполагание всей системы (предприятия) – от миссии до конкретных целей и ставятся основные задачи по их достижению. Входами страты являются ценности владельцев и информация стратегического значения как внешняя, так и внутренняя (рис. 2).

1. Классификация ИС по признаку структурированности задач:

• структурированные (формализуемые) задачи, где известны все ее элементы и взаимосвязи между ними, удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения.
• неструктурированные (неформализуемые) задачи – задачи, в которых невозможно выделить элементы и установить между ними связи. Решение таких задач из-за невозможности создания математического описания и разработки алгоритма связано с большими трудностями.
• частично структурированные задачи — известна часть элементов и связей между ними.

2. По характеру представления и логической организации хранимой информации:

• фактографические информационные системы — накапливают и хранят данные в виде множества экземпляров одного или нескольких типов структурных элементов (информационных объектов), которые отражают сведения по какому-либо факту, событию и пр., отделенному от других сведений.
• документальные информационные системы — единичным элементом информации является документ и информация на вводе (входной документ). При создании информационной базы процесс структуризации не производится или производится в ограниченном виде
• геоинформационные информационные системы — данные организованы в виде отдельных информационных объектов, привязанных к общей электронной топографической основе (электронной карте).

3. По выполняемым функциям и решаемым задачам:

• справочные информационные системы, которые предоставляют поль­зователям получать определенные классы объектов (телефоны, адреса, литературу и пр.) – электронные справочники, картотеки, про­граммные или аппаратные электронные записные книжки и т. д.;
• информационно-поисковые информационные системы, которые дают пользователям возможность поиска и получения сведений по раз­личным поисковым образам на неком информационном пространстве;
• расчетные информационные системы, которые производят обра­ботку информации по определенным расчетным алгоритмам, например вычисление определенных статистических характеристик;
• технологические информационные системы, функции таких систем заключаются в автоматизации всего технологического цикла или от­дельных его компонент производственной или организационной струк­туры, например, автоматизированные системы управления, системы ав­томатизации документооборота и пр.

4. По масштабу и интеграции компонент:

• локальный АРМ (автоматизированное рабочее место) – про­граммно-технический комплекс, предназначен для реализации управ­ленческих функций на отдельном рабочем месте; информационно и функционально не связан с другими информационными системами;
• комплекс информационно и функционально связанных АРМ, реали­зующих в полном объеме функции управления;
• компьютерная сеть АРМ на единой информационной базе, обеспечи­вающая интеграцию функций управления в масштабе предпри­ятия или группы бизнес-единиц;
• корпоративная информационная система (КИС), обеспечивающая полнофункциональное распределенное управление крупномасштабным предприятием.

5. По характеру обработки информации на различных уровнях управ­ления предприятием:

• системы обработки данных (EDP – Electronic data processing) — предназначены для учета и оперативного регулирования хозяйственных операций, подготовки стандартных документов для внешней среды (отчетов, накладных, платежных поручений).
• информационные системы управления (MIS – Management Infor­mation System) — ориентированы на тактический уровень управления: среднесрочное планирование, анализ и организацию работ в течение нескольких месяцев (недель), например, анализ и планирование поставок, сбыта, составление производственных программ.
• системы поддержки принятия решений (DSS – Decision Support Sys­tem) -используются на верхнем уровне управления и предназначены для решения задач по формированию стратегических целей, задач планирования, задач привлечения ресурсов и источников финансирования и пр. Задачи ориентированы на реализацию сложных бизнес-процессов, требующих аналитической обработки информации и имеют, как правило, нерегулярный характер.

6. По уровням управления:

• информационные системы оперативного (операционного) уровня — (бухгалтерские, банковские, обработки заказов и пр.) поддерживают специалистов, обрабатывая данные о сделках и событиях (счета, накладные, зарплата, кредиты, поток сырья и материалов).
• информационные системы специалистов помогают пользователям повысить продуктивность и производительность. Их задача – интеграция новых сведений и помощь в обработке бумажных документов.
• информационные системы для менеджеров среднего звена — используются для мониторинга, контроля, принятия решений и администрирования.
• стратегические информационные системы — обеспечивают поддержку принятия решений по реализации стратегических перспективных целей развития организации и помогают высшему звену управленцев осуществлять долгосрочное планирование.

7. Классификация ИС по функциональному признаку:

• производственные системы, связанные с выпуском продукции и направленные на создание и внедрение в производство научно-технических новшеств;
• системы маркетинга, направленные на анализ рынка производителей и потребителей выпускаемой продукции, анализ продаж, организацию рекламной кампании по продвижению продукции и рациональную организацию материально-технического снабжения;
• финансовые и учетные системы, направленные на организацию контроля и анализа финансовых ресурсов на основе бухгалтерской, статистической и оперативной информации;
• системы кадров по подбору и расстановке специалистов и ведению служебной документации по различным аспектам предназначены для реализации функций оперативного планирования и учета личного состава;
• системы управления вспомогательным производством предназначены для автоматизации оперативного управления инструментальным производством, ремонтны�� и транспортным хозяйством и энергетическим обеспечением.

8. По характеру использования информации:

• информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без слож­ных преобразований данных (информационно-поисковая система в биб­лиотеке, в железнодорожных кассах);
• информационно-решающие системы осуществляют все операции пе­рера­ботки информации по определенному алгоритму, выделяют управляющие и советующие системы
• гипертекстовые системы

9. По сфере применения:

• информационные системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого и оперативного контроля и регулирования, оперативного учета и анализа, перспективного и оперативного планирования, бухгалтерского учета, управления сбытом и снабжением и пр.;
• информационные системы управления технологическими процессами предназначены для автоматизации функций производственного персонала: организации поточных линий, изготовления микросхем, поддержания технологического процесса и пр.;
• информационные системы автоматизированного проектирования предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов дизайнеров для проведения инженерных расчетов, создания графической документации (чертежей, схем, планов), создания проектной документации, моделирования проектируемых объектов;
• корпоративные информационные системы используются для автоматизации всех функций организации и охватывают весь цикл работ от проектирования до сбыта продукции.

10. Укрупненная классификация систем, предназначенных для автома­тизации различных видов хозяйственного учета:

• локальные системы — достаточно успешно справляются с решением отдельных задач учета на предприятии, но, как правило, не предостав­ляют целостной информации для автоматизации управления.
• средние интегрированные системы — представляют собой системы с ограниченными функциональными возможностями.
• крупные интегрированные системы — наиболее функционально развитые и соответственно наиболее сложные и доро­гие системы, в которых реализуются стандарты MRP, ERP, SCRP.

11. Классификация по степени автоматизации:

• ручные
• автоматические
• автоматизированные

12. Классификация по сфере применения

• Информационные системы организационного управления
• ИС управления технологическими процессами (ТП)
• ИС автоматизированного проектирования (САПР)
• Обучающие информационные системы
• Корпоративные ИС
• Интегрированные (корпоративные) ИС

13. По степени распределённости ИС отличают:

• настольные (desktop), или локальные ИС, в которых все компоненты (БД, СУБД, клиентскиеприложения) работают на одном компьютере;
• распределённые (distributed) ИС, в которых компоненты распределены по нескольким компьютерам:

—файл-серверные ИС (ИС с архитектурой «файл-сервер»),
—клиент-серверные ИС (ИС с архитектурой «клиент-сервер»).

Этап 1. Формирование требований к ИС.

На начальной стадии проектирования выделяют следующие этапы работ: обследование объекта и обоснование необходимости создания ИС; формирование требований пользователей к ИС; оформление отчета о выполненной работе и тактико-технического задания на разработку.

Этап 2. Разработка концепции ИС: изучение объекта автоматизации; проведение необходимых научно-исследовательских работ; разработка вариантов концепции ИС, удовлетворяющих требованиям пользователей; оформление отчета и утверждение концепции.

Этап 3. Техническое задание: разработка и утверждение технического задания на создание ИС.

Этап 4. Эскизный проект: разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям; разработка эскизной документации на ИС и ее части.

Этап 5. Технический проект: разработка проектных решений по системе и ее частям; разработка документации на ИС и ее части; разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий; разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.

Этап 6. Рабочая документация: разработка рабочей документации на ИС и ее части; разработка и адаптация программ.

Этап 7. Ввод в действие: подготовка объекта автоматизации; подготовка персонала; комплектация ИС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями); строительно-монтажные работы; пусконаладочные работы; проведение предварительных испытаний; проведение опытной эксплуатации; проведение приемочных испытаний.

Этап 8. Сопровождение ИС: выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами; послегарантийное обслуживание.

Существуют три вида бизнес-процессов:

1. Управляющие — бизнес-процессы, которые управляют функционированием системы. Примером управляющего процесса может служить Корпоративное управление и Стратегический менеджмент.
2. Операционные — бизнес-процессы, которые составляют основной бизнес компании и создают основной поток доходов. Примерами операционных бизнес-процессов являются Снабжение, Производство, Маркетинг, Продажи и Взыскание долгов.
3. Поддерживающие — бизнес-процессы, которые обслуживают основной бизнес. Например, Бухгалтерский учет, Подбор персонала, Техническая поддержка, административно-хозяйственный отдел.

Бизнес-процесс начинается со спроса потребителя и заканчивается его удовлетворением.

Требования к описанию бизнес-процессов

В компании в соответствии с заявленными целями и задачами, а также в соответствии с международными, межгосударственными и национальными стандартами управления, как правило, к основным требованиям к описанию и оптимизации бизнес-процессов относят:

• определение владельца процесса, назначенного в соответствии с установленным в компании порядком, наделенного достаточными полномочиями и ресурсами для управления вверенными ему видами деятельности и несущего полную личную ответственность за результативность и эффективность процессов (показатели процессов);
• обеспечение полноты, достоверности и непротиворечивости представленных в описании сведений о бизнес-процессах;
• соответствие выбранных нотаций (методологий графического описания процессов) поставленным целям и задачам описания процессов;
• достоверность выделения сквозных (межфункциональных) бизнес- процессов для решения задач их оптимизации на межфункциональном уровне, повышения эффективности взаимодействия, улучшения показателей, повышения результативности и эффективности управления рисками и подготовки к автоматизации;
• соответствие уровня детализации сквозных (межфункциональных) процессов поставленным целям и задачам по их описанию, оптимизации, управлению рисками и подготовки к автоматизации;
• согласование и документальное закрепление установленным порядком взаимодействия между участниками бизнес-процессов;
• формирование конкретных, измеримых, достижимых, соответствующих поставленным целям, ограниченных во времени показателей бизнес- процессов;
• формирование системы контроля за показателями бизнес-процессов и определение периодичности их контроля;
• проведение оптимизации бизнес-процессов за счет их упрощения, ускорения и удешевления, в том числе за счет сокращения ресурсных затрат, исключения избыточности, дублирования и невостребованных подпроцессов, процедур и операций, уменьшения рисков;
• обеспечение регулярности и оперативности предоставления должностным лицам установленным порядком информации об изменениях в бизнес-процессах;
• обеспечение возможности практического использования описания бизнес-процессов в целях их оптимизации, управления рисками и автоматизации.

Дополнительно

На основе лучших практик и стандартов описать бизнес-процесс означает:

• сформулировать название, назначение, цель и задачи бизнес-процесса;
• определить владельца бизнес-процесса;
• определить поставщиков и входы бизнес-процесса;
• определить клиентов (потребителей) и выходы бизнес-процесса;
• определить границы бизнес-процесса (границы ответственности и полномочий владельца бизнес-процесса);
• определить ресурсы (финансовые, трудовые, материальные, информационные, технические и др.), необходимые для выполнения бизнес-процесса;
• описать модель бизнес-процесса (технологию выполнения бизнес- процесса) с использованием методов текстуального, табличного и графического описания;
• определить порядок взаимодействия участников бизнес-процесса;
• при детальном описании сложного процесса провести декомпозицию процедур (работ), составляющих процесс, до такого уровня, который позволит детально проанализировать сложный (сквозной или межфункциональный) бизнес-процесс, провести качественную его оптимизацию и подготовить к автоматизации;
• сформулировать показатели бизнес-процесса;
• определить порядок контроля и отчетности по бизнес-процессу;
• сформулировать цель, задачи и описать порядок оптимизации бизнес-процесса;
• определить требования к автоматизации бизнес-процесса.

Модели жизненного цикла информационной системы

• каскадная модель - предлагает переход на следующие этапы после полного осуществления работ по предыдущему этапу. Модель демонстрирует классический подход в любых прикладных областях;

• спиральная модель - данная модель делает упор на начальные этапы анализа и проектирования. Эта модель представляет собой итерационный процесс разработки, где каждая итерация (цикл), представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску версии изделия (версии проекта ИС), который совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать значимой информационной системой. При этом каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания информационной системы. Т.о. углубляется и последовательно конкретизируется обоснованный вариант ИС, который и доводится впоследствии до реализации.

Виды обеспечения ИС

1. Программное обеспечение (ПО) - совокупность программ, реализующих функции и задачи ИС и обеспечивающих работу компьютерных технических средств; инструктивно-методические материалы по применению средств ПО; а также персонал, занимающийся разработкой и сопровождением ПО на весь период жизненного цикла ИС.

2. Техническое обеспечение (ТО) - это комплекс технических средств, обеспечивающих работу ИС; методические и руководящие материалы, техническая документация; обслуживающий эти технические средства персонал.

3. Математическое обеспечение (МО) - совокупность математических методов и моделей, алгоритмов обработки информации, используемых для решения экономических задач и в процессе проектирования информационных систем; техническая документация (описание задач, заданий по алгоритмизации экономико-математической модели, задач и конкретных примеров их решения); персонал (специалисты по вычислительным методам, проектировщики ИС, постановщики задач управления и т.д.).

4. Организационное обеспечение (ОО) - комплекс документов, регламентирующих деятельность персонала ИС в условиях функционирования ИС (взаимодействие работников управленческих служб и персонала ИС с техническими средствами и между собой). ОО реализовывается в методических и руководящих материалах по стадиям разработки, внедрения и эксплуатации ИС.

5. Правовое обеспечение (ПрО) - совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование ИС, регламентирующих порядок получения, преобразования (обработки) и использования экономической информации (законы, указы, постановления госорганов власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств и местных органов власти).

6. Эргономическое обеспечение (ЭО) - это совокупность методов и средств, используемых на различных этапах разработки и функционирования ИС, предназначенная для создания оптимальных условий высокоэффективной деятельности человека (персонала) в ИС для ее быстрого освоения. К ЭО относятся: комплекс различной документации, содержащие эргономические требования к рабочим местам, информационным моделям, условиям деятельности персонала, а также способы реализации этих требований и осуществление эргономической экспертизы уровня их реализации.

7. Лингвистическое обеспечение (ЛО) - совокупность языковых средств:

• языки управления и манипулирования данными (язык СУБД);
• система терминов и определений, используемых в процессе разработки и функционирования ИС;
• информационные языки для описания структуры информационной базы ИС (документов, показателей, реквизитов) и др.

8. Информационное обеспечение (ИО) - представляет собой совокупность проектных решений по объемам, размещению, формам организации информации, циркулирующей в АИС (информационные потоки). Оно включает в себя совокупность показателей, справочных данных, классификаторов и кодификаторов информации, унифицированные системы документации, специально организованные для обслуживания, массивы информации на соответствующих носителях, а также персонал, обеспечивающий надежность хранения, своевременность и качество технологии обработки информации.

Свойства информационной системы

В зависимости от конкретной области применения ИС могут очень сильно различаться по своим функциям, архитектуре, реализации. Можно выделить основные свойства, которые являются общими для всех ИС:

− структура ИС, её функциональное назначение должны соответствовать поставленным целям;

− производство достоверной, надёжной, своевременной и систематизированной информации, основанной на использовании БД, экспертных систем и баз знаний. Так как любая ИС предназначена для сбора, хранения и обработки информации, то в основе любой ИС лежит среда хранения и доступа к данным. Среда должна обеспечивать уровень надёжности хранения и эффективность доступа, которые со- ответствуют области применения ИС;

− ИС должна контролироваться людьми, ими пониматься и использоваться в соответствии с основными принципами, реализованными в виде стандарта предприятия на ИС. Интерфейс пользователя ИС должен быть легко понимаем на интуитивном уровне;

− использование сетей передачи данных.

Сложность систем

Сложность системы зависит от множества входящих в нее компонентов, их структурного взаимодействия, а так же сложности внутренних и внешних связей;

Систему надо считать сложной, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов и способна выполнять, сложную функцию.

Критерии выбора физической организации данных

Критерии, определяющие выбор физической организации, отличаются от тех, которые определяют выбор логической организации данных. При выборе физической организации решающим фактором является эффективность, причем на первом месте стоит обеспечение эффективности поиска, далее идут эффективность операций занесения и удаления и затем обеспечение компактности данных.

От физического размещения данных в памяти ЭВМ существенно зависит время решения прикладных задач. Наиболее распространенным критерием способов физической организации данных в различных СУБД служит время доступа к данным, однако в качестве критерия может выбираться, например, трудоемкость реализации соответствующих методов.

Указатели

Цепи и кольцевые структуры

Способы адресации

• Последовательное сканирование файла. Наиболее простым способом локализации записи является сканирование файла с проверкой ключа каждой записи. Этот способ, однако, требует слишком много времени и может применяться, когда каждая запись все равно должна быть прочитана.
• Блочный поиск. Если записи упорядочены по ключу, то при сканировании файла не требуется чтение каждой записи. ЭВМ могла бы, например, просматривать каждую сотую запись в последовательности возрастания ключей. При нахождении записи с ключом большим, чем искомое значение, просматриваются последние 99 записей, которые были пропущены.
• Двоичный поиск. При двоичном поиске в файле записей, упорядоченных по ключу, анализируется запись, находящаяся в середине поисковой области файла (изначально всего файла), а ее ключ сравнивается с поисковым ключом. Затем поисковая область делится пополам, и процесс повторяется для соответствующей половины области, пока не будет обнаружено искомое значение или длина области не станет равной 1. Число сравнений в этом случае будет меньше, чем для случая блочного поиска.
• Индексно-последовательные файлы. Если файл упорядочен по ключам, то для адресации может использоваться таблица, называемая индексом,связывающая ключ хранимой записи с ее относительным или абсолютным адресом во внешней памяти.
• Индексно-произвольные файлы. Произвольный (не упорядоченный по ключу) файл можно индексировать точно так же, как и последовательный файл. Однако при этом индекс должен содержать по одному элементу для каждой записи файла, а не для блока записей. Более того, в нем должны содержаться полные абсолютные (или относительные) адреса, в то время как в индексе последовательного файла адреса могут содержаться в усеченном виде, так как старшие знаки последовательных адресов будут совпадать.
• Хэширование. Простым и полезным способом вычисления адреса является хэширование (перемешивание). В данном методе ключ преобразуется в квазислучайное число, которое используется для определения местоположения записи.

Индексно-последовательная организация.

Индексно-последовательная организация записей сочетает в себе возможности последовательной и прямой организации и поэтому к записям файла возможен как последовательный, так и прямой доступ. Такой способ организации файлов заключается в создании специальных индексных таблиц (индексов), в которых для ключей записей фиксируется соответствующий адрес области на диске. При этом записи размещаются в монотонно возрастающей последовательности их ключей.

Такая модель отражает 3 вида информации:

• сведения об объектах предметной области;
• их свойства;
• отношения между объектами.

Структуру данных необходимо описывать формальным образом. Описания логической и физической структур базы данных используются программными средствами управления базами данных при обработке требований пользователей на получение той информации, которую содержит база данных. Описание общей логической структуры базы данных называют схемой. Ее называют иногда общей моделью данных, концептуальной моделью или концептуальной схемой. Эти термины примерно равнозначны. Схема представляет собой таблицу типов используемых данных. Она содержит имена объектов и их атрибуты и определяет существующую между ними связь. Схема представляет собой структуру, в которой могут быть помещены значения элементов данных. Подобно табло в аэропорту, на котором высвечивается информация о прибытии и отправлении самолетов, схема не меняется, в то время как величины, помещенные в ней, время от времени изменяются.

(пикча херня, но на всякий)

Схема базы данных показывает логическую организацию всей базы данных в целом, а подсхема – описание части базы данных, описание представления о данных отдельного пользователя или приложения.

Логическая модель – графическое представление структуры базы данных с учетом принимаемой модели данных (иерархической, сетевой, реляционной и т.д.), независимое от конечной реализации базы данных и аппаратной платформы.

Иными словами, она показывает, ЧТО хранится в базе данных (объекты предметной области, их атрибуты и связи между ними), но не отвечает на вопрос КАК.

Сущность (объект) – это множество реальных или абстрактных предметов (людей, объектов, мест, событий, состояний и т.д.), обладающих общими атрибутами и характеристиками.

Атрибут – это описательное свойство или характеристика сущности.

Правила для атрибутов сущности:

1. Каждый атрибут должен иметь уникальное имя.
2. Сущность может обладать любым количеством атрибутов.
3. Сущность может обладать любым количеством наследуемых атрибутов, но наследуемый атрибут должен быть частью первичного ключа сущности-родителя.
4. Для каждого экземпляра сущности должно существовать значение каждого его атрибута (правило необращения в нуль - Not Null).
5. Ни один из экземпляров сущности не может обладать более чем одним значением для ее атрибута.

С точки зрения БД (физическая модель) сущности соответствует таблица, экземпляру сущности – строка в таблице, а атрибуту – колонка таблицы.

Связь – это логическое соотношение между сущностями. Каждая связь должна именоваться глаголом или глагольной фразой. Имя связи выражает некоторое ограничение или бизнес-правило и облегчает чтение диаграммы. По умолчанию имя связи на диаграмме не показывается.

Эволюция концепции БД

Базы данных в своем развитии прошли шесть поколений. Вначале данные обрабатывались вручную. Затем появилось оборудование с перфокартами и электромеханические машины для сортировки и табулирования миллионов записей. Позже данные стали хранить на магнитных лентах, и сохраняемые программы выполняли пакетную обработку последовательных файлов. На следующем этапе развития появилось понятие «схемы» базы данных и оперативного навигационного доступа к данным. Затем был обеспечен автоматический доступ к реляционным базам данных и внедрены распределенная и клиент-серверная обработки.

Первое поколение — менеджеры записей (с IV тысячелетия до н. э.), например учет царской казны и налогов в Шумере.

Второе поколение — менеджеры записей (1800-1955 гг.). Автоматизированная обработка информации началась. С появлением технологии записи информации на перфокартах и впервые была широко использована при переписи населения в США в 1890 г. Тогда-то появилась и компания по производству оборудования для записи информации на перфокарты, которая впоследствии получила название IBM.

Третье поколение — программируемое оборудование обработки записей (1955-1970 гг.). Электронные компьютеры могли обрабатывать сотни записей в секунду. Ключевым компонентом в этой новой технологии стало программное обеспечение. Стали появляться стандартные пакеты для таких общеупотребительных бизнес-приложений, как общая бухгалтерия, расчет заработной платы.

Четвертое поколение — оперативные сетевые базы данных (1965-1980 гг.). Для таких приложений, как ведение операций на фондовой бирже или резервирование билетов, требуется знание текущей информации и немедленный доступ к ней.

Пятое поколение — реляционные базы данных и архитектура «клиент-сервер» (1980-1995 гг.). Реляционная модель данных, когда все данные хранятся в таблицах, связанных между собой по ключевому полю, обладает унифицированным языком для определения данных, навигации по данным и манипулирования ими, а не отдельными языками для каждой из этих задач. Эта реляционная модель имеет много других преимуществ.

Шестое поколение — мультимедийные базы данных (с 1995 г.). До появления этого поколения существовало четкое разделение программ и данных. И этот подход хорошо работал, пока речь шла о таких данных, как числа, символы, списки. Но скоро данные стали представлять сложные объекты типа «графический образ», «звук», их обработка потребовала новых подходов и программ. Произошел переход от традиционных баз данных, хранящих числа и символы, к базам данных, в которых каждая запись может содержать данные со сложным поведением.

Если у матрицы количество строк m совпадает с количеством столбцов n, то такая матрица называется квадратной, а число m=n называется размером квадратной матрицы или её порядком.

Диагональная матрица — квадратная матрица, все элементы которой кроме диагональных — нулевые.

Единичная матрица — матрица, при умножении на которую любая матрица (или вектор) остается неизменной, является диагональной матрицей с единичными (всеми) диагональными элементами

Нулевая матрица — матрица, все элементы которой нули (при сложении её с любой матрицей та остается неизменной, а при умножении на любую получается нулевая матрица).

Транспонированная матрица — матрица A^T, полученная из исходной матрицы A заменой строк на столбцы.

Операции над матрицами

Сложение матриц

Складывать можно только матрицы одинакового размера.

Сложение матриц A+B есть операция нахождения матрицы C, все элементы которой равны попарной сумме всех соответствующих элементов матриц A и B, то есть каждый элемент матрицы C равен

Свойства сложения матриц:

• коммутативность: A + B = B + A;
• ассоциативность: (A + B) + C = A + (B + C);
• сложение с нулевой матрицей: A + Θ = A;

Умножение матрицы на число

Умножение матрицы A на число λ заключается в построении матрицы λA = (λ*a_ij).

Свойства умножения матриц на число:

• умножение на единицу: 1A = A;
• ассоциативность: (λβ)A = λ(βA);
• дистрибутивность: (λ + β)A = λA + βA, λ(A + B) = λA + λB;

Умножение матриц

Умножение матриц (обозначение: AB, реже со знаком умножения A x B) — есть операция вычисления матрицы C, каждый элемент которой равен сумме произведений элементов в соответствующей строке первого множителя и столбце второго.

Количество столбцов в матрице A должно совпадать с количеством строк в матрице B, иными словами, матрица A обязана быть согласованной с матрицей B. Если матрица A имеет размерность m x n, B — n x k, то размерность их произведения A B = C есть m x k.

Свойства умножения матриц:

• ассоциативность: (AB)C = A(BC);
• некоммутативность (в общем случае): AB != BA;
• произведение коммутативно в случае умножения с единичной матрицей: AE = EA;
• дистрибутивность: (A + B)C = AC + BC, A(B + C) = AB + AC;
• ассоциативность и коммутативность относительно умножения на число: (λA)B = λ(AB) = A(λB);

Определители n-го порядка, теорема Лапласа

подстановка

Определителем n-го порядка соответствующей квадратной матрице A n-го порядка называется сумма произведений элементов взятых из каждой строки каждого столбца по одному и умноженное на (-1)^t, где t — чётность подстановки

Определитель можно вычислить только для квадратной матрицы.

Для матрицы первого порядка значение определителя равно единственному элементу этой матрицы:

Определитель второго порядка равен разности произведений элементов главной диагонали и элементов побочной диагонали.

Определитель третьего порядка можно вычислить по формуле (правило треугольника):

Разложение определителя по строке или столбцу. Определитель равен сумме произведений элементов строки определителя на их алгебраические дополнения. Обычно выбирают ту строку/столбец, в которой/ом есть нули. Строку или столбец, по которой/ому ведется разложение, будет обозначать стрелкой.

Этот метод позволяет вычисление определителя свести к вычислению определителя более низкого порядка.

Минором M_ij к элементу a_ij определителя n-го порядка называется определитель (n - 1)-го порядка, полученный из исходного вычеркиванием i-той строки и j-того столбца.

Алгебраическим дополнением A_ij к элементу a_ij определителя n-го порядка называется число A_ij = (−1)^(i+j) ⋅ M_ij

Теорема Лапласа. Пусть в определителе порядка n выбрано k строк (столбцов) (где 1 ≤ k ≤ n–1). Тогда определитель равен сумме произведений всех миноров k-го порядка, содержащихся в выбранных строках (столбцах), на их алгебраические дополнения.

Обратная матрица, ранг матрицы, базисный минор

Обратная матрица — такая матрица A^−1, при умножении на которую исходная матрица A даёт в результате единичную матрицу E:

Рангом матрицы называется максимальное число линейно независимых строк (столбцов).

Несколько строк (столбцов) называются линейно независимыми, если ни одна из них не выражается линейно через другие. Ранг системы строк всегда равен рангу системы столбцов, и это число называется рангом матрицы.

В матрице A размеров m×n минор r-го порядка называется базисным, если он отличен от нуля, а все миноры (r+1)-ro порядка равны нулю или их вообще не существует.

Ранг матрицы — наивысший из порядков всевозможных ненулевых миноров этой матрицы. Ранг нулевой матрицы любого размера ноль. Если все миноры второго порядка равны нулю, то ранг равен единице, и т.д.

Обычно множества обозначаются большими латинскими буквами A, B, C,..., X, Y, Z (как вариант, с подстрочными индексами: A_1, A_2 и т.п.), а его элементы записываются в фигурных скобках, например:

– множество букв русского алфавита;

– множество натуральных чисел;

Множество A является конечным (состоящим из конечного числа элементов), а множество N – это пример бесконечного множества.

Кроме того, в теории и на практике рассматривается так называемое пустое множество ∅ – множество, в котором нет ни одного элемента.

Вышеприведённые множества записаны прямым перечислением элементов, но это не единственный способ. Многие множества удобно определять с помощью некоторого признака(ов), который присущ всем его элементам.

Например:

– множество всех натуральных чисел, меньших ста.

Множество G является подмножеством множества A, если каждый элемент множества G принадлежит множеству A.

Иными словами, множество G содержится во множестве A.

G ⊂ A

Этот значок называют значком включения.

Операции над множествами

Объединением A ∪ B множеств A и B называется множество элементов x таких, что x принадлежит хотя бы одному из двух множеств A или B.

Пересечением A ⋂ B множеств A и B называется множество, состоящее из элементов x, которые принадлежат и множеству A и множеству B.

Разностью A\B множеств A и B называется множество всех тех элементов множества A, которые не принадлежат множеству B.

Абсолютным дополнением множества называется множество всех элементов, не принадлежащих A, т.е. множество U\A, где U – универсальное множество.

Бинарные отношения

Пусть A и B два конечных множества. Декартовым произведением множеств A и B называют множество A x B состоящее из всех упорядоченных пар, где

Бинарным отношением между элементами множества A и B называется любое подмножество множества R, то есть

Высказывание: «элементы x и y связаны бинарным отношением R» записывают в виде 

xRy

Таким образом,

Свойства бинарных отношений

Бинарное отношение R на некотором множестве M может обладать различными свойствами, например:

• Рефлексивность — если любой элемент x из M, находится сам с собой в отношении R.

• Антирефлексивность — если любой элемент x из M, не находится сам с собой в отношении R.

• Симметричность — если для любой пары элементов x, y из M, выполнение отношения xRy (x находится в отношении R с y), и влечёт выполнение отношения yRx.

• Антисимметричность —если для любой пары элементов x, y из M, из выполнения отношений xRy и yRx следует равенство x и y.

• Несимметричность — не является симметричным и антисимметричным.
• Транзитивность — если для любых трёх элементов x, y, z из M, из выполнения отношений xRy и yRz следует выполнение отношения xRz.

Примеры:

Виды отношений

• Рефлексивное симметричное транзитивное отношение называется отношением эквивалентности
• Рефлексивное антисимметричное транзитивное отношение называется отношением (частичного) порядка
• Антирефлексивное антисимметричное транзитивное отношение называется отношением строгого порядка

Операции над отношениями

• Пересечение. Пересечением двух бинарных отношений (A и B) является отношение, которое определяется пересечением соответствующих подмножеств. Очевидно, что отношение A ⋂ B выполнимо только в том случае, когда некоторые x и y связаны как первым, так и вторым отношением (xAy и xBy).

Например, пересечением отношения «не меньше» и «не равно» является отношение «больше».

• Объединение. Объединением двух бинарных отношений (A и B) является отношение, которое определяется объединением соответствующих подмножеств. Отношение A ∪ B выполнимо только в том случае, когда некоторые x и y связаны хотя бы одним из двух отношений хотя бы одно из отношений(xAy или xBy).

Например, объединением отношения «больше» и отношения «равно» является отношение «больше, либо равно».

• Включение. Обозначается A ⊆ B. Первое отношение включено во второе, если все те пары, для которых выполняется первое отношение, являются подмножеством пар, для которых выполняется второе отношение. Если A ⊆ B, то, A != B. Если A ⊆ B, то, когда любые два элемента из множества, на котором выполняется отношение A, связаны этим отношением, они связаны отношением B.

Булевы алгебры

Булевой алгеброй называется непустое множество A с заданными на нем двумя бинарными операциями (a ∨ b - булево сложение (аналог конъюнкции), a ∧ b булево умножение (аналог дизъюнкции)), одной унарной операцией (¬a булево дополнение (аналог отрицания)) и универсальными границами (0 и 1) такими, что для любых a, b из множ��ства А верны следующие аксиомы:

• коммутативность

a ∨ b = b ∨ a
a ∧ b = b ∧ a

• ассоциативность

a ∨ (b ∨ с) = (a ∨ b) ∨ с
a ∧ (b ∧ с) = (a ∧ b) ∧ с

• законы поглощения

a ∨ (a ∧ b) = a
a ∧ (a ∨ b) = a

• дистрибутивность

a ∨ (b ∧ с) = (a ∨ b) ∧ (a ∨ c)
a ∧ (b ∨ с) = (a ∧ b) ∨ (a ∧ c)

• дополнительность

a ∧ ¬a = 0
a ∨ ¬a = 1

Для повышения эффективности обработки данных применяют запросы, позволяющие производить множественную обработку данных, т, е. одновременно вводить, редактировать и удалять множество записей, а также выбирать данные из таблиц.

Запрос представляет собой специальным образом описанное требование, определяющее состав производимых над БД операций по выборке, удалению или модификации хранимых данных.

Для подготовки запросов с помощью различных СУБД чаще всего используются два основных языка описания запросов:

QBE (Query By Example) - язык запросов по образцу;

SQL (Structured Query Language) - структурированный язык запросов.

Мир баз данных становится все более и более единым, что привело к необходимости создания стандартного языка, который мог бы использоваться, чтобы функционировать в большом количестве различных видов компьютерных сред. Стандартный язык позволит пользователям, знающим один набор команд, использовать их, чтобы создавать, отыскивать, изменять и передавать информацию, независимо от того, работают ли они на персональном компьютере, сетевой рабочей станции, или на универсальной ЭВМ.

SQL - это язык, который дает возможность создавать и работать в реляционных базах данных, которые являются наборами связанной информации, сохраняемой в таблицах. Он устраняет много работы, которую вы должны были бы сделать если бы вы использовали универсальный язык программирования.

Имеются два SQL:

Интерактивный (Interactive) и Встроенный (Embedded). Большей частью, обе формы работают одинаково, но используются различно.

• Интерактивный SQL используется для функционирования непосредственно в базе данных, чтобы производить вывод для использования его заказчиком. В этой форме SQL, когда вы введете команду, она сейчас же выполнится, и вы сможете увидеть вывод (если он вообще получится) - немедленно.
• Встроенный SQL состоит из команд SQL, помещенных внутри программ, которые обычно написаны на некотором другом языке. Это делает эти программы более мощными и эффективным.

И в интерактивной, и во встроенной формах SQL, имеются многочисленные части, или подразделы. Они являются составными частями SQL в ANSI. Это не различные языки, а разделы команд SQL, сгруппированных по их функциям

• DDL (Data Definition Language - Язык Определения Данных) - так называемый Язык Описания Схемы в ANSI, состоит из команд, которые создают объекты (таблицы, индексы, просмотры, и так далее) в базе данных.
• DML (Data Manipulation Language - Язык Манипулирования Данными) - это набор команд, которые определяют, какие значения представлены в таблицах в любой момент времени.
• DCL (Data Control Language - Язык Управления Данными) состоит из средств, которые определяют, разрешить ли пользователю выполнять определенные действия или нет.

Теоретической основой языка QBE является реляционное исчисление с переменными-доменами (однако в языке присутствуют и элементы исчисления кортежей).

Язык QBE позволяет задавать сложные запросы к БД путем заполнения предлагаемой СУБД запросной формы (иногда также используют термин QBЕ - запрос по форме).

Такой способ задания запросов обеспечивает высокую наглядность и не требует указания алгоритма выполнения операции - достаточно описать образец ожидаемого результата.

В каждой из современных реляционных СУБД имеется свой вариант языка QBE.

На языке QBE можно задавать однотабличные и многотабличные (выбирающие или обрабатывающие данные из нескольких связанных таблиц) запросы.

С помощью запросов на языке QBE можно выполнять следующие основные операции:

• выборку данных;
• вычисление над данными;
• вставку новых записей;
• удаление записей;
• модификацию (изменение) данных.

Результатом выполнения запроса является новая таблица, называемая ответной (первые две операции), или обновленная исходная таблица (остальные операции). В реальных приложениях баз данных QBE используется в основном для выборки данных.

Примеры интерфейса СУБД

По способу доступа к БД различают

• Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок.

Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера.

Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

• Клиент-серверные

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно.

Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу.

Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle Database, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

• Встраиваемые

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети.

Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.