Структура автоматизированной информационной системы

Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение систем. Важно отличать понятие состава и структуры системы. Составом системы часто называют перечень наиболее важных частей, возможно, одного уровня или без учета иерархии. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования. Ответ на вопрос, что является элементом состава (рис.2), может быть неоднозначным и зависеть от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения.

Рис.2. Элемент состава системы

Последовательное разбиение системы в глубину приводит к выделению иерархии (упорядоченности, охваченной взаимными связями) подсистем, компонентов, неделимых элементов системы.

Элемент — это неделимая наименьшая функциональная часть исследуемой системы, которую можно представить в виде «черного ящика», предел деления системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели.

Типичным примером разбиения в глубину является структура любой программы. Например, тело основной программы включает модули — подсистемы первого уровня, модули включают функции и процедуры — подсистемы второго уровня, функции и процедуры включают операнды и операторы — элементы системы.

Связь входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру — на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой части более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом.

Подсистемы. Если автоматизированная система достаточно сложна, ее делят на подсистемы. На практике необходимость выделения в автоматизированной системе нескольких подсистем часто бывает вызвана организационными и финансовыми причинами, например, подсистемы разрабатывают и вводят в эксплуатацию последовательно. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием «подсистема» подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности) и иметь полноценные функции. Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название «компоненты»).

Вернувшись к примеру с продажей билетов, мы можем принять решение, что автоматизированная система состоит из двух подсистем: подсистемы продажи билетов и подсистемы формирования ежедневных отчетов. Давайте договоримся, что билеты кассирша набирает в текстовом редакторе, а отчеты — в электронных таблицах.

Выделение целей деятельности, функций автоматизированной системы и при необходимости ее подсистем во многом субъективно и поставлено в зависимость от точки зрения субъекта, который решил этим заняться. Если некоторый результат важен в контексте решаемой задачи, мы можем считать его целью, а иначе игнорировать. Разбивать автоматизированную систему на подсистемы мы тоже будем так, как нам удобно, лишь бы наши решения не противоречили содержанию этого понятия.

Компоненты — это части, из которых мы в объективной реальности строим автоматизированную систему. Система физически состоит из своих компонентов, поэтому деление автоматизированной системы на компоненты носит наиболее объективный характер.

Каждый компонент мы приобретаем, монтируем и подключаем (если это оборудование), устанавливаем (если это программа) и обслуживаем отдельно от других компонентов. Мы купили и поставили на стол компьютер — это компонент. Разработали специальный текстовый редактор для набора билетов — еще один компонент. Загрузили из Интернета бесплатные электронные таблицы — опять-таки компонент. И даже сама кассирша в некотором роде тоже компонент автоматизированной системы. Покомпонентный состав автоматизированной системы очень важен с точки зрения ее документирования, поскольку с технической документацией на систему как таковую и на компоненты обращаются по-разному. Ее, вообще говоря, должны разрабатывать разные люди, и ее оформляют по разным стандартам в зависимости от типа компонента.

Виды обеспечения. Одно из наиболее сложных понятий для начинающего пользователя ГОСТ 34 — вид обеспечения. Каждый вид обеспечения объединяет в себе компоненты или технические решения определенного характера. В ГОСТ 34 упоминается много разных видов обеспечения, перечислим только наиболее заметные:

информационное обеспечение — все данные и метаданные, с которыми работает система;

программное обеспечение — все программы, которые входят в состав системы;

техническое обеспечение — все технические средства (иначе говоря, оборудование, аппаратура), которые входят в состав системы.

Повторим еще раз, это не все виды обеспечения. Мы даже не можем уверенно сказать, что они самые важные. Например, для автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) огромное значение имеет метрологическое обеспечение. Многие автоматизированные системы требуют сложного математического и лингвистического обеспечения. Но представить себе автоматизированную систему, которая была бы полностью лишена одного из трех перечисленных (табл.2) видов обеспечения, затруднительно.

Таблица 2. Пример деления автоматизированной системы

Виды обеспечения	Подсистема продажи билетов	Подсистема формирования ежедневных отчетов
информационное обеспечение	цены на билеты, карта зрительного зала	форма ежедневного отчета
записи о проданных билетах
техническое обеспечение	персональный компьютер, принтер, контрольно-кассовая техника (ККМ, сканер штрих-кода)
программное обеспечение	текстовый редактор	СУБД
электронные таблицы

Основные понятия системного анализа

Системный анализ – это методология исследования объектов любой природы как систем, ориентированная на решение следующих задач: раскрытие целостности объекта и обеспечивающих механизмов; выявление многообразных типов связей объекта; сведение этих связей в единую картину. Это всесторонний детальный анализ состава, организации и технологии функционирования объекта автоматизации (организации, службы, производства, производственного процесса и т. д.), включая его звенья, операции или процедуры, их взаимные (внутренние) и внешние связи.

Система (в системном анализе) — совокупность сущностей (объектов) и связей между ними, выделенных из среды на определённое время и с определённой целью. Любая система имеет дело с различными системными ресурсами: веществом, энергией, информацией, людьми, организациями, пространством, временем и так далее. То есть можно оценивать функционирование системы материальными, энергетическими, информационными и тому подобными характеристиками.

Среда — это все то, что не входит в систему. Среда представляет собой совокупность всех систем, кроме исследуемой, выделенной, интересующей нас в настоящий момент части реального окружающего мира. Поэтому можно сказать, что система — это конечное множество объектов, каким-то образом выделенное из среды посредством границы системы. Понятие «границы» в целом ряде случаев весьма условно, и при исследовании конкретных систем, в зависимости от задачи исследования, необходимо четко определить, где кончается система, а где начинается среда.

Рассмотрим основные понятия, характеризующие функционирование систем. Между средой и системой существует множество взаимных связей, с помощью которых реализуется процесс взаимодействия среды и системы. Пример подобных связей системы со средой (рис.3):

Рис.3. Связь системы – предприятия с внешней средой

По входной и выходной связям между системой и средой происходит обмен материальными, финансовыми, энергетическими, информационными и иными воздействиями (ресурсами, результатами работ) путем взаимной передачи. Ресурсы и результаты работ, передаваемые системой во внешнюю среду, будем называть конечными продуктами деятельности системы, а передаваемые из среды в систему — ресурсами.

Важным для описания и исследования систем является понятие алгоритм функционированияA^s, под которым понимается метод получения выходных характеристик y(t) с учетом входных воздействий x(t), управляющих воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t).

По сути, алгоритм функционирования раскрывает механизм проявления внутренних свойств системы, определяющих ее поведение в соответствии с законом функционирования. Один и тот же закон функционирования элемента системы может быть реализован различными способами, то есть с помощью множества различных алгоритмов функционирования A^s.

Наличие выбора алгоритмов A^s приводит к тому, что системы с одним и тем же законом функционирования обладают разным качеством и эффективностью процесса функционирования.

Процессом называется совокупность состояний системы , упорядоченных по изменению какого-либо параметра t, определяющего свойства системы.

Формально процесс функционирования как последовательная смена состояний интерпретируется как координаты точки в k -мерном фазовом пространстве. Причем каждой реализации процесса будет соответствовать некоторая фазовая траектория. Совокупность всех возможных значений состояний {z} называется пространством состояний системы.

Эффективность процесса — степень его приспособленности к достижению цели. Принято различать эффективность процесса, реализуемого системой, и качество системы. Эффективность проявляется только при функционировании и зависит от свойств самой системы, способа ее применения и от воздействий внешней среды:

C = Целостность (П, И, Н, Д),

где: С - смысл деятельности, П - предмет деятельности, И - инструментальная оснащенность, при ее отсутствии не может быть формализована сущность деятельности, Н - непротиворечивость деятельности, Д - полнота и дискретность, предельная ясность деятельности в каждой конкретной ситуации.

Качество — совокупность существенных свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению. Оценка качества может производиться по одному интегральному свойству, выражаемому через обобщенный показатель качества системы.

Показатель — это измеритель цели. Показатели являются средствами оценки продвижения к реализации стратегической цели. Это характеристика, отражающая качество j-й системы или целевую направленность процесса (операции), реализуемого j-ой системой.

Показатели делятся на частные показатели качества системы (или эффективности процесса), которые отражают i-тоe существенное свойство j-ой системы, и обобщенный показатель качества (или эффективности) — вектор, содержащий совокупность свойств системы в целом. Различие между показателями качества и эффективности состоит в том, что показатель эффективности характеризует процесс (алгоритм) и эффект от функционирования системы, а показатели качества — пригодность системы для использования ее по назначению.

Критерий эффективности — обобщенный показатель и правило выбора лучшей системы (лучшего решения). Например,

С* = max{С_J}.

Если решение выбирается по качественным характеристикам, то критерий называется решающим правилом.

Описание закона функционирования системы наряду с аналитическим, графическим, табличным и другими способами в ряде случаев может быть получено через состояние системы.

Состояние системы — это множество значений характеристик системы в данный момент времени. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через параметры и свойства системы (например, давление, скорость, ускорение — для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль — для экономических систем). Таким образом, состояние — это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Модель системы - описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Это искусственный объект, представляющий собой отображение (образ) системы и ее компонентов. М моделирует объект А, если М отвечает на вопросы относительно А. Углубление описания — детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий. Большое значение имеют графические модели, в которых информационных системы отображаются с помощью графических символов.