Классификация и проектирование информационных систем

Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры клиент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:

• нижний уровень представляет собой приложения клиентов, выделенные для выполнения функций и логики представлений PS и PL и имеющие программный интерфейс для вызова приложения на среднем уровне;
• средний уровень представляет собой сервер приложений, на котором выполняетсяприкладная логика BL и с которого логика обработки данных DL вызываетоперации с базой данных DS;
• верхний уровень представляет собой удаленный специализированный сервер базы данных, выделенный для услуг обработки данных DS и файловых операций FS (без риска использования хранимых процедур).

Подобную  концепцию обработки данных пропагандируют, в частности, фирмы Oracle, Sun, Borland и др. Трехуровневая архитектура позволяет еще больше сбалансировать нагрузку на разные узлы и сеть, а также способствует специализации инструментов для разработки приложений и устраняет недостатки двухуровневой модели клиент-сервер. Централизация логики приложения упрощает администрирование и сопровождение. Четко разделяются платформы и инструменты для реализации интерфейса и прикладной логики, что позволяет с наибольшей отдачей реализовывать их специалистам узкого профиля. Наконец, изменения прикладной логики не затрагивают интерфейса, и наоборот. Но поскольку границы между компонентами PL, BL и DL размыты, прикладная логика может появиться на всех трех уровнях. Сервер приложений с помощью монитора транзакций обеспечивает интерфейс с клиентами и другими серверами, может управлять транзакциями и гарантировать целостность распределенной базы данных. Средства удаленного вызова процедур наиболее соответствуют идее распределенных вычислений: они обеспечивают из любого узла сети вызов прикладной процедуры, расположенной на другом узле, передачу параметров, удаленную обработку и возврат результатов. С ростом систем клиент-сервер необходимость трех уровней становится все более очевидной. Продукты для трехзвенной архитектуры, так называемые мониторы транзакций, являются относительно новыми. Эти инструменты в основном ориентированы на среду UNIX, однако прикладные серверы можно строить на базе Qicrosoft Windows NT с использованием вызова удаленных процедур для организации связи клиентов с сервером приложений. На практике в локальной сети могут использоваться смешанные архитектуры (двухуровневые и трехуровневые) с одним и тем же сервером базы данных. С учетом глобальных связей архитектура может иметь больше трех звеньев. В настоящее время появились новые инструментальные средства для гибкой сегментации приложений клиент-сервер по различным узлам сети. Таким образом, многоуровневая архитектура распределенных приложений позволяетповысить эффективность работы корпоративной информационной системы и оптимизировать распределение ее программно-аппаратных ресурсов. Но пока на российском рынке по-прежнему доминирует архитектура клиент-сервер.

Интернет/интранет-технологии

В развитии технологии Интернет/интранет основной акцент пока что делается на разработке инструментальных программных  средств. В то же время наблюдается  отсутствие развитых средств разработки приложений, работающих с базами данных. Компромиссным решением для создания удобных и простых в использовании  и сопровождении информационных систем, эффективно работающих с базами данных, стало объединение Интернет/интранет-технологии с многоуровневой архитектурой. При  этом структура информационного  приложения приобретает следующий  вид: браузер — сервер приложений — сервер баз данных — сервер динамических страниц — web-сервер. Благодаря  интеграции Интернет/интранет-технологии и архитектуры клиент-сервер процесс  внедрения и сопровождения корпоративной  информационной системы существенно  упрощается при сохранении достаточно высокой эффективности и простоты совместного использования информации.

2 Проектирование информационных систем

2.1 Жизненый цикл ИС

Жизненный цикл  ИС – весь период времени существования ИС, начиная от выработки первоначальной концепции этой системы и заканчивая ее моральным устареванием или потерей необходимости решения соответствующих задач. Жизненный цикл традиционно модулируется в виде некоторого числа последовательных фаз, а именно:

1. Выработка требований к системе.
2. Разработка требований к ПО.
3. Общее проектирование.
4. Детальное проектирование.
5. Создание отдельных модулей.
6. Тестирование отдельных модулей.
7. Объединение модулей в систему.
8. Выпуск системы.
9. Эксплуатация и сопровождение системы.

В целом жизненный цикл информационных систем включает следующие основные этапы:

1. Системный анализ - определение потребности, назначения ИС, основных функциональных характеристик ИС, оценка затрат и возможной эффективности применения ИС

2. Проектирование ИС - разработка структуры и компонент ИС, технологические процессы разработки и испытаний ИС, создание версии ИС и ее внедрение

3. Эксплуатация ИС - функционирование ИС при обработке информации по предметной области с целью выявления адекватности ее назначения

4. Сопровождение ИС - эксплуатационное обслуживание, развитие функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик ИС, тиражирование и адаптация к другим ИС.

2.2 Методология проектирования

2.2.1 Общие требования  к методолгии проектирования

Методология проектирования – процесс, включающий совокупность теоретических и инженерных знаний и обеспечивающий упорядоченное создание информационных систем.

Методология проектирования включает три части:

1. основные концепции и понятия, используемые при проектировании и реализации систем;
2. технологию, организацию и управление процессом проектирования;
3. инструментальные средства.

Методология проектирования должна обеспечивать представление семантических требований к создаваемой системе и минимизировать потери информации при переходе от одного семантического уровня представления к другому. В этой связи большое значение имеют средства спецификации, используемые на различных уровнях представления данных.

Под спецификацией понимается точное, полное описание требований, ясно сформулированное в терминах, характерных для целей данной задачи,  а не для ее реализации.

2.2.2 Задача методологии  проектирования ИС

Современные методологии проектирования ИС должны обеспечивать представление следующей информации (задачи методологии):

1. описание объекта автоматизации, а также места разрабатываемой информационной системы и целей, которые должны быть достигнуты в процессе разработки системы;
2. описание функциональных возможностей ИС, достаточное для решения вопроса о том, что поставленные цели автоматизации достижимы;
3. спецификации проекта, гарантирующие достижение заданных технических характеристик системы;
4. описание реализации предлагаемой системы, достаточное для оценки времени разработки системы и необходимых для этой цели трудозатрат;
5. детальный план создания системы с оценкой сроков разработки.

Таким образом, современная методология  проектирования должна поддерживать сбор данных, их анализ, проектирование, оценку проекта и оценку возможности удовлетворения техническим характеристикам разрабатываемой системы.

2.3 Технологии проектирования ИС

Эволюция информационных систем от пакетной, массовой технологии обработки данных к системам, использующим базы данных, выявила три класса наиболее перспективных методологий проектирования. Первый из них ориентирован на концептуальное моделирование предметной области и технологию баз данных, второй – на выявление требований и спецификацию информационной системы через ее макетирование, третий — на системную архитектуру программных средств, поддерживаемую инструментальными средствами САSЕ (Сomputer Аided System Engineering)-технологии.

2.3.1 Проектирование  систем на основе концептуального  моделирования предметной области

Методология проектирования информационных систем на основе концептуального (понятийного) моделирования предметной области (ПРОБ) – одна из наиболее часто используемых. Она представляет собой структурированный процесс создания систем, который обычно разбивается на следующие шаги:

• анализ ПРОБ,
• проектирование ПРОБ,
• программирование ПРОБ,
• тестирование программного обеспечения (ПО) проекта,
• внедрение проекта.

Создание ИС на основе методологии концептуального проектирования предполагает четыре этапа проектирования:

1. сбор и анализ информационных потребностей пользователей и системный анализ предметной области;
2. построение концептуальной (понятийной) модели предметной области;
3. создание концептуальной модели базы данных;
4. разработку системы с помощью инструментальных средств выбранной СУБД.

Первый очень важный этап разработки системы – анализ требований – может быть определен как этап понимания задач приложений (программ).

На втором этапе разработчики системы  должны определить устойчивые свойства данных и описать информационные и технологические процессы, использующие данные, их взаимосвязь и характеристики. Иногда эту работу определяют как построение концептуальной (инфологической) модели предметной области, содержащей описание понятий, не ориентированное ни на какую конкретную даталогическую модель.

В настоящее время для построения концептуальной модели предметной области обычно используют два подхода. При первом подходе модель ПРОБ строится на основе интеграции спецификаций информационных потребностей, а при втором – на основе непосредственного анализа самой ПРОБ.

В методологиях проектирования, основанных на непосредственном создании концептуальной модели предметной области, основной задачей является получение формального (независимого от СУБД) описания предметной области, которая должна моделироваться в БД. При этом система проектирования и методология проектирования должны поддерживать как получение от пользователей знаний о свойствах предметной области, так и отображение этих упорядоченных и организованных знаний в набор предварительных описаний, составляющих собственно концептуальную модель предметной области.

Информации должно быть достаточно, чтобы принимать правильные решения при проектировании не только БД, но и программной реализации задач.

Основной проблемой третьего этапа является принятие решения о выделении из множества понятий концептуальной модели предметной области таких объектов, которые должны моделироваться в БД.

На первых трех этапах проводится не зависящий от технических и системных программных средств анализ целей и назначения проектируемой ИС и моделируются основные информационные и технологические процессы ее функционирования. Результаты, полученные на этих этапах, имеют фундаментальный характер и не изменяются при развитии технической и программной базы ИС.

Заключительный (четвертый) этап проектирования тесно связан с возможностями инструментальных средств конкретных СУБД.

Данный этап в свою очередь разбивают на следующие шаги:

• логическое проектирование БД;
• физическое проектирование БД;
• реализация приложений.

Основу вышеизложенной методологии  составляет жестко регламентированная  последовательность шагов, каждый из которых должен завершаться формальной спецификацией вне зависимости от того, насколько точно сформулированы спецификации предыдущих этапов проектирования. Такая стратегия проектирования обычно гарантирует разработку удовлетворительной системы при условии, что требования к системе фиксируются, и их изменение не допускается до тех пор, пока система не предъявляется пользователям.

Основной недостаток методологии состоит в том, что ошибки проектирования могут быть обнаружены только на последних стадиях проектирования (либо при тестировании системы, либо во время проведения испытаний), что требует пересмотра всех спецификаций проекта и ведет к значительным трудозатратам.

2.3.2 Макетирование  информационных систем

Практика показывает, что зачастую требования пользователей к ИС не вполне определены и, поэтому, необходимо ориентироваться на постоянные изменения требований к системе, учесть которые можно только при динамической спецификации этих требований. Наиболее приемлемым в этом случае может быть подход, когда требования к системе формируются не сразу, а в процессе разработки функционирующего макета системы. Макет системы создается на основе той минимальной информации, которую могут сообщить пользователи.

Цель макетирования состоит в следующем. Макет системы дает возможность конкретизировать проблемы, возникающие между разработчиком и пользователем, существенно сокращает задержку во времени между формулированием требований и первой демонстрацией действующей системы, обеспечивая тем самым эффективный контроль над проектом системы на всех этапах ее жизненного цикла.

Однако такая стратегия проектирования может успешно применяться только для небольших и сравнительно простых систем, макет которых может быть создан за достаточно короткое время.