Задача проектирования базы данных

Федеральное агентство по образованию и науке  РФ

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский  государственный индустриальный университет»  

Факультет автоматики, информатики и электромеханики 

Кафедра автоматизации и информационных систем 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

По дисциплине «Содержательные основы информационных систем» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

Перечень условных обозначений и терминов ………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Общая часть работы……………………………………………………………5

1.1. Информационная  система и ее разновидности…………………………….5

1.2. Модели жизненного цикла информационной системы……………………6

1.2.1. Каскадная модель…………………………………………………………..6

1.2.2. Спиральная модель…………………………………………………………7

3. Обеспечивающие подсистемы (виды обеспечения) ИС…...……………..12

1.3.1. Автоматизированная система...…………………………………………..13

1.3.2. Техническое обеспечение ………………………………………………..14

1.3.3. Математическое и программное обеспечение ………………………….15

1.3.4. Организационное обеспечение…………………………………………...15

1.3.5. Правовое обеспечение…………………………………………………….16

4. Типирование интеллекта……………………………………………………17

1.4.1. Задача типирования интеллекта………………………………………….17

1.4.2.Постановка задачи ………………………………………………………..18

1.4.3.Решение задачи типирования интеллекта ………………………………18

1.4.4.Результаты типирования …………………………………………………20

2.Специальная часть…...………..………………………………………………25

2.1.1.Проектирование баз и хранилищ данных ...…….……………………….25

• Введение. История развития баз данных………………………………...25
3. Файлы и файловые системы……………………………………………..27

2.1.4. Первый этап — базы данных на больших ЭВМ………………………..30

2.1.5. Второй этап - эпоха персональных компьютеров………………………32

2.1.6. Третий этап - распределенные базы данных…………………………….33

2.1.7. Четвертый этап - перспективы развития систем

управления базами данных……………………………………………………...35

2.2 Основные понятия  и определения………………………………………….36

2.2.1. Языковые  средства банка данных………………………………………..37

2.2.2. Пользователи  банков данных…………………………………………….39

2.2.3. Архитектура базы данных

Физическая и  логическая независимость……………………………..………..43

2.2.4. Классификация  банков данных…………………………………………..45

2.3. Проектирование  баз данных………………………………………………..48

2.3.1. Этапы проектирования  баз данных……………………………………...48

2.3.2. Внешний уровень — подготовительный этап

инфологического проектирования……………………………………………...51

2.3.3. Требования  и подходы к инфологическому  проектированию…………54

Заключение ………………………………………………………………………56

Список используемой литературы……………………………………………...57 
 
 

Перечень  условных обозначений  и терминов 

ИС – информационная система

АИС – Автоматизированная информационная система

ИУС – Информационно-управляющие системы

ЛИС – Лабораторная информационная система

КИС – Корпоративная информационная система

АСУ – Автоматизированные системы управления

АСУТП – Автоматизированные системы управления технологическими процессами

АСУП – Автоматизированные системы управления предприятия

ИСУ – Информационные системы управления

ИТ – информационная технология

НИР – научно-исследовательская работа

ОКР – опытно-конструкторская  работа

ДП – диагностический  признак

ПТС – параметр технического состояния

ЭВМ – электронно вычислительная машина

ПО – программное  обеспечение

      Система управления базой данных (СУБД) –  совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и применения баз данных.

      База  данных – совокупность сведений о  конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области  или разделе предметной области. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Основные идеи современной информационной технологии базируются на концепции, согласно которой данные должны быть организованы в базы данных с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей. Эти базы данных создаются и функционируют под управлением специальных программных комплексов, называемых системами управления базами данных (СУБД).

      Увеличение  объема и структурной сложности  хранимых данных, расширение круга  пользователей информационных систем привели к широкому распространению наиболее удобных и сравнительно простых для понимания реляционных (табличных) СУБД. Для обеспечения одновременного доступа к данным множества пользователей, нередко расположенных достаточно далеко друг от друга и от места хранения баз данных, созданы сетевые мультипользовательские версии БД основанных на реляционной структуре. В них тем или иным путем решаются специфические проблемы параллельных процессов, целостности (правильности) и безопасности данных, а также санкционирования доступа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общая часть

1.1. Информационная система  и ее разновидности 

ИС - информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией.

АИС – это искусственно созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств (в том числе и компьютерных), методов и персонала, используемых для получения, хранения, обработки, манипулирования и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

ИУС – цифровая система контроля или управления некоторым реальным объектом. Универсальными вычислительными системами (УВС) решаются задачи, не связанные с необходимостью принятия решения в реальном времени (расчет, моделирование, офисные задачи). Все остальные задачи попадают в область ИУС. Хотя разделение задач достаточно условно, ИУС, решающие разные задачи, имеют четко выраженную специфику.

ЛИС – Назначением ЛИС является получение достоверной информации по результатам испытаний и оптимизации управления этой информацией с целью её использования для принятия корректных своевременных управленческих решений.

КИС – это масштабируемая система, предназначенная для комплексной автоматизации всех видов хозяйственной деятельности больших и средних предприятий, в том числе корпораций, состоящих из группы компаний, требующих единого управления.

АСУ – это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности.

АСУТП – предназначены для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления.

АСУП – предназначена для основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия в целом и (или) его самостоятельных частей на основе применения экономико-математических методов и средств вычислительной техники.

ИСУ – ориентированы на тактический уровень управления, среднесрочное планирование, анализ и организацию работ в течение нескольких недель (месяцев), например анализ и планирование поставок, сбыта, составление производственных программ. Для данного класса задач характерны регламентированность (периодическая повторяемость) формирования результатных документов и четко определённый алгоритм решения задач, например свод заказов для формирования производственной программы и определение потребности в комплектующих деталях и материалах на основе спецификации изделий. Задачи решаются на основе накопленной базы оперативных данных.

2. Модели жизненного цикла информационной системы

    Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и  сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) ИС, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ ИС позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом.

    Жизненный цикл ИС можно представить как  ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования.

    Модель  жизненного цикла отражает различные  состояния системы, начиная с  момента возникновения необходимости  в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла - структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования. 

Каскадная модель 

     Каскадная модель жизненного цикла («модель водопада», англ. waterfall model) была предложена в 1970г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

     Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при  построении ИС, для которых в самом  начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. В эту категорию попадают сложные расчетные системы, системы реального времени и другие подобные задачи. Однако, в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания ПО никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему. В процессе создания ПО постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ПО принимал следующий вид: 

     Основным  недостатком каскадного подхода  является существенное запаздывание с  получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ПО, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением. Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ. 

Спиральная  модель 

     Спиральная  модель (англ. spiral model) была разработана  в середине 1980-х годов Барри  Боэмом. Она основана на классическом цикле Деминга PDCA (plan-do-check-act). При использовании этой модели ПО создается в несколько итераций (витков спирали) методом прототипирования.

     Прототип  — действующий компонент ПО, реализующий  отдельные функции и внешние  интерфейсы. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

На каждой итерации оцениваются:

• риск превышения сроков и стоимости проекта;
• необходимость выполнения еще одной итерации;
• степень полноты и точности понимания требований к системе;
• целесообразность прекращения проекта.

   Один  из примеров реализации спиральной модели — RAD (англ. Rapid Application Development, метод быстрой разработки приложений).

   Основная  проблема спирального цикла - определение  момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход  осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

   На  практике наибольшее распространение  получили две основные модели жизненного цикла:

• каскадная модель (характерна для периода 1970-1985 гг.);
• спиральная модель (характерна для периода после 1986.г.).

   В ранних проектах достаточно простых ИС каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно  независимый блок. Для разработки такого типа приложений эффективным оказался каскадный способ. Каждый этап завершался после полного выполнения и документального оформления всех предусмотренных работ.

   Можно выделить следующие положительные  стороны применения каскадного подхода:

• на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
• выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

   Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при  построении относительно простых ИС, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно  сформулировать все требования к  системе. Основным недостатком этого  подхода является то, что реальный процесс создания системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ИС оказывается соответствующим поэтапной модели с промежуточным контролем.

   Однако  и эта схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения  и уточнения требований к системе. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ИС зафиксированы в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи зачастую получают систему, не удовлетворяющую их реальным потребностям.

   Спиральная  модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации.

   Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем и решить главную задачу - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

   Основная  проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения вводятся временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла, и переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование производится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков. 

   Несмотря  на настойчивые рекомендации компаний - вендоров и экспертов в области  проектирования и разработки ИС, многие компании продолжают использовать каскадную модель вместо какого-либо варианта итерационной модели. Основные причины, по которым каскадная модель сохраняет свою популярность, следующие:

• Привычка - многие ИТ-специалисты получали образование в то время, когда изучалась только каскадная модель, поэтому она используется ими и в наши дни.
• Иллюзия снижения рисков участников проекта (заказчика и исполнителя).Каскадная модель предполагает разработку законченных продуктов на каждом этапе: технического задания, технического проекта, программного продукта и пользовательской документации. Разработанная документация позволяет не только определить требования к продукту следующего этапа, но и определить обязанности сторон, объем работ и сроки, при этом окончательная оценка сроков и стоимости проекта производится на начальных этапах, после завершения обследования. Очевидно, что если требования к информационной системе меняются в ходе реализации проекта, а качество документов оказывается невысоким (требования неполны и/или противоречивы), то в действительности использование каскадной модели создает лишь иллюзию определенности и на деле увеличивает риски, уменьшая лишь ответственность участников проекта. При формальном подходе менеджер проекта реализует только те требования, которые содержатся в спецификации, опирается на документ, а не на реальные потребности бизнеса. Есть два основных типа контрактов на разработку ПО. Первый тип предполагает выполнение определенного объема работ за определенную сумму в определенные сроки (fixed price). Второй тип предполагает повременную оплату работы (time work). Выбор того или иного типа контракта зависит от степени определенности задачи. Каскадная модель с определенными этапами и их результатами лучше приспособлена для заключения контракта с оплатой по результатам работы, а именно этот тип контрактов позволяет получить полную оценку стоимости проекта до его завершения. Более вероятно заключение контракта с повременной оплатой на небольшую систему, с относительно небольшим весом в структуре затрат предприятия. Разработка и внедрение интегрированной информационной системы требует существенных финансовых затрат, поэтому используются контракты с фиксированной ценой, и, следовательно, каскадная модель разработки и внедрения. Спиральная модель чаще применяется при разработке информационной системы силами собственного отдела ИТ предприятия.
• Проблемы внедрения при использовании итерационной модели. В некоторых областях спиральная модель не может применяться, поскольку невозможно использование/тестирование продукта, обладающего неполной функциональностью (например, военные разработки, атомная энергетика и т.д.). Поэтапное итерационное внедрение информационной системы для бизнеса возможно, но сопряжено с организационными сложностями (перенос данных, интеграция систем, изменение бизнес-процессов, учетной политики, обучение пользователей). Трудозатраты при поэтапном итерационном внедрении оказываются значительно выше, а управление проектом требует настоящего искусства. Предвидя указанные сложности, заказчики выбирают каскадную модель, чтобы "внедрять систему один раз".

   Каждая  из стадий создания системы предусматривает  выполнение определенного объема работ, которые представляются в виде процессов  ЖЦ. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих  входные данные в выходные. Описание каждого процесса включает в себя перечень решаемых задач, исходных данных и результатов.

   Существует  целый ряд стандартов, регламентирующих ЖЦ ПО, а в некоторых случаях  и процессы разработки.

   Значительный  вклад в теорию проектирования и разработки информационных систем внесла компания IBM, предложив еще в середине 1970-х годов методологию BSP (Business System Planning - методология организационного планирования). Метод структурирования информации с использованием матриц пересечения бизнес-процессов, функциональных подразделений, функций систем обработки данных (информационных систем), информационных объектов, документов и баз данных, предложенный в BSP, используется сегодня не только в ИТ-проектах, но и проектах по реинжинирингу бизнес-процессов, изменению организационной структуры. Важнейшие шаги процесса BSP, их последовательность (получить поддержку высшего руководства, определить процессы предприятия, определить классы данных, провести интервью, обработать и организовать данные интервью) можно встретить практически во всех формальных методиках, а также в проектах, реализуемых на практике. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Обеспечивающие  подсистемы (виды обеспечения) ИС

     Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами (См приложение 1).

     Подсистема — это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.

Общую структуру  информационной системы можно рассматривать  как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими. Таким образом, структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем, среди которых обычно выделяют информационное, техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение. 

Различают:

• Программно-техническое обеспечение (платформа).
• Информационное обеспечение.
• Математическое обеспечение (иногда – алгоритмическое).
• Организационно-методическое обеспечение.

   Иногда объединяют математическое и программное обеспечение, иногда выделяют лингвистическое обеспечение.

   Информационное  обеспечение — совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.

Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит  в своевременном формировании и  выдаче достоверной информации для  принятия управленческих решений.

Базовые понятия  информационной системы представлены на рис. 1.2.

     Автоматизированная  система – система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию установленных функций.

     Технологическое и организационное воплощение информационного обеспечения осуществляется в следующих формах:

• служба документационного управления;
• информационная служба;
• экспертно-аналитическая служба.

   Унифицированные системы документации создаются  на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель — это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства.  
 

   Разработаны стандарты, где устанавливаются  требования:

• к унифицированным системам документации;
• к унифицированным формам документов различных уровней управления;
• к составу и структуре реквизитов и показателей;
• к порядку внедрения, ведения и регистрации унифицированных форм документов.

   Для создания информационного обеспечения необходимо:

• ясное понимание целей, задач, функций всей системы управления организацией;
• выявление движения информации от момента возникновения и до ее использования на различных уровнях управления, представленной для анализа в виде схем информационных потоков;
• совершенствование системы документооборота;
• наличие и использование системы классификации и кодирования;
• владение методологией создания концептуальных информационно-логических моделей, отражающих взаимосвязь информации;
• создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия современного технического обеспечения.