Робочий зошит з основ інформатики та комп’ютерних технологій, Тема 7 Загальні відомості про інформаційні системи, НУДПСУ, КФЕК НУДПСУ

Тема 7. Загальні відомості про інформаційні системи

Протягом всієї історії людства інформація відігравала дуже важливу роль. У міру розвитку науково-технічного прогресу з кожним роком інформації ставало все більше і більше. Тривалий час інформацію обробляли вручну: складали різноманітні списки імен, адрес, номерів телефонів, книжок, продавців, покупців, товарів і т.д. Такі списки зберігалися в папках або картотеках. На кожному аркуші паперу або на картці був надрукований бланк форми, в якому залишалося вільне місце для заповнення даними. Але ручна обробка інформації з часом стала зовсім неефективною.

З появою комп’ютерів для обробки і зберігання інформації почали використовуватися інформаційні системи, обов’язковою складовою яких є комп’ютерні бази даних. Сьогодні неможливо уявити діяльність підприємства або установи без використання баз даних, які складають фундамент інформаційної діяльності всіх сфер людської діяльності. Що ж являють собою бази даних і сучасні системи управління ними?

7.1. Поняття “системи”

Поняття інформаційної системи логічно пов’язане з визначенням системи взагалі.

Система — це  сукупність самостійних об’єктів (елементи системи),  які відповідним чином структуровані (структура системи), організовані (організація системи) та складають певну єдність (цілісність системи).

Елемент  системи  — самостійна частина системи, що має конкретну функціональність.

Структура системи — це  сукупність елементів та внутрішніх зв’язків між елементами системи.

Організація системи — це:

• впорядкованість (внутрішня) елементів системи;

• узгодженість  взаємодій елементів системи;

• обмеженість станів  (життєвого циклу) елементів системи.

Цілісність системи — це залежність властивостей кожного елемента від його місця у структурі та організації системи. Тобто властивості кожного елемента визначаються його місцем у системі, але за властивостями кожного елемента не можна завбачити властивості системи в цілому.

7.2. Визначення та класифікація інформаційних систем

Традиційно інформацією називають відомості, які передаються людьми усно, письмово або будь-яким іншим способом.

ІнформацІйна система (ІС) — це програмно-апаратний комплекс, Який складаЄтьсЯ з системного та прикладного програмного забезпеЧеннЯ, а також перИферІйного та мережевого обладнаннЯ.

Інформаційна система призначена для збирання і накопичення інформації, а також її ефективного використання з будь-якою метою.

Автоматизація ІС відбувається за допомогою обчислювальної техніки, а інформація подається у вигляді даних, які зберігаються в пам’яті ЕОМ.

Умовно можна виділити три покоління ІС.

В ІС першого покоління (1963—1972 рр.) для кожної задачі окремо готувалися дані, створювалася математична модель і розроблялось програмне забезпечення. Такий підхід зумовлював інформаційну та математичну надмірність (записані на машинний носій дані не могли використовуватися для розв’язування іншої задачі). Був позначений тривалістю та трудомісткістю і процес розробки програмного забезпечення кожної задачі.

Для ІС другого покоління (1972—1986 рр.) було характерним розширення технічної і програмної бази. А основна відмінність ІС полягала в тому, що ці системи вже мали спільне інформа­ційне забезпечення усіх задач — базу даних. Організація єдиної бази даних стала можливою лише завдяки створенню спеціальних програмних продуктів —систем управління базами даних (СУБД), основне призначення яких у створенні та підтримці баз даних в актуальному стані.

Сучасний етап розробки і функціонування інформаційних систем характеризується створенням ІС нового покоління, до яких належать експертні системи, системи підтримки прийняття рішень, системи зі штучним інтелектом. Технічною передумовою створення таких систем є широке використання в усіх сферах людської діяльності персональних комп’ютерів.

Залежно від мети функціонування розрізняють такі типи ІС:

• інформаційно-пошукові системи (які орієнтовані на розв’язування задач пошуку інформації);

• інформаційно-довідкові системи (в яких за результатами пошуку обчислюють значення арифметичних функцій);

• інформаційно-управляючі (які забезпечують вироблення рішення на основі автоматизації інформаційних процесів у сфері управління);

• системи підтримки прийняття рішень;

• інтелектуальні  системи.

Наочним прикладом інформаційно-пошукової системи є довідкова служба міста, яка містить в собі відомості про мешканців. Користувачі такої системи мають змогу дізнатися про номер телефону будь-якої людини, якщо вони знають адресу цієї людини. А якщо користувачі знають прізвище і дату народження, то можуть довідатися про адресу людини і т.д.

Прикладом інформаційно-довідкової системи може бути інформаційна система будь-якого банку. Вона містить в собі відомості про вклади мешканців міста, а обробка банківської інформації передбачає поновлення сум вкладів, розрахунок відсотків, підведення підсумків за певний період роботи і т.д.

Інформаційно-управляючі, або автоматизовані системи (АС), — це системи, які складаються з персоналу і комплексу засобів автоматизації його діяльності. Залежно від виду діяльності розрізняють такі різновиди АС: автоматизовані системи управління (АСУ), системи автоматизованого проектування (САПР), автоматизовані системи наукових досліджень (АСНД) та інші.

У високорозвинених країнах системи підтримки прийняття рішень дуже поширені. Прикладом такої системи може бути система, яка застосовується в центрах зайнятості для надання допомоги у виборі можливого місця роботи на підставі особистих уявлень клієнтів про бажаний характер майбутньої діяльності. Робота з системою розпочинається з короткого опису альтернатив, між якими провадитиметься вибір. Користувачеві засобами звичної йому мови пропонується дати багатокритеріальну оцінку кожного з варіантів, що розглядається. Далі система перевіряє узгодженість інформації, поданої людиною, виявляє суперечності і визначає цінність інформації, що находить. Після цього інформація вводиться до системи і на основі концепції багатокритеріальної теорії корисності видаються пріоритети користувача, що дозволяє ранжирувати об’єкти вибору.

Інтелектуальна діяльність — це дії та розумові висновки людей у нестандартних ситуаціях. Системами штучного інтелекту називають системи, які здатні виконувати операції, імітуючи інтелектуальні здібності людей. Найбільш поширеним видом інтелектуальних систем є експертна система. Експертна система — це комп’ютерна система, яка втілює в собі досвід експерта, що ґрунтується на його знаннях у певній галузі. Експертна система на основі обробки цих знань може давати інтелектуальні поради, приймати рішення на рівні експерта-професіонала, а також за бажанням користувача пояснювати хід розв’язування в разі відшукання того чи іншого рішення.

Але незалежно від типу інформаційної системи до її складу обов’язково входить база даних.

База даних (БД) — це пойменована, структурована сукупнІсть взаЄмопов’Язаних даних, ЯкІ характеризують   окрему   предметну   область.

БД є інформаційною моделлю зовнішнього світу. У ній зберігаються відомості про об’єкти, їх властивості, характеристики.

Прагнення виділити загальну частину інформаційних систем, відповідальну за керування складноструктурованими даними, було основною причиною створення систем управління базами даних (СУБД), без яких успішне ведення бізнесу і керування підприємствами сьогодні практично неможливо.

Під системою керування базами даних (СКИД, СУБД) розуміють таку програмну систему, яка забезпечує виконання всіх операцій, пов’язаних із створенням БД, збереженням її на магнітних носіях, обробкою даних, розв’язанням прикладних задач, формуванням звітів та підсумкових документів.

У більшості випадків, коли говорять про бази даних, мають на увазі деяке автоматизоване сховище інформації різних типів (числового, символьного, логічного та ін.). Але таке визначення не цілком коректне.

У вузькому значенні слова, БД — це деякий набір даних, необхідних для щоденної роботи. Однак дані — це також абстракція.

Нехай, наприклад, потрібно зберегти відомості про автомобілі, що на­дійшли на станцію технічного обслуговування. Яким чином автомобіль як об’єкт реального світу подати в БД? Для того, щоб відповісти на це запитання, необхідно знати, які властивості або характеристики автомобіля використовуватимуться. Серед них можуть бути марка автомобіля, номерний знак, колір, дата випуску та  ін.

7.3. Користувачі інформаційної системи

Користувачів інформаційної системи умовно можна розділити на дві групи: внутрішні і кінцеві. Внутрішні користувачі розробляють ІС і підтримують її функціонування, кінцеві — ті, заради яких і створюється інформа­ційна система.

Групу внутрішніх користувачів складають:

— адміністратор БД;

— системні програмісти;

— прикладні програмісти.

Функції адміністратора БД на стадії розробки та експлуатації ІС різні і тому виконуються різними особами.

На стадії проектування адміністратор БД виступає як ідеолог і конструктор системи, керує роботами щодо створення програмного оточення БД.

На стадії експлуатації адміністратор БД — відповідальна особа за функціонування ІС; він керує режимом використання даних. Основні задачі адміністратора БД при експлуатації — захист даних від руйнування, забезпечення достовірності даних, аналіз ефективності використання ресурсів ІС.

Системні програмісти виконують генерацію СУБД, стежать за її функ­ціонуванням у середовищі операційної системи, розробляють за завданням адміністратора БД програмні компоненти, що розширюють програмне забезпечення СУБД.

Задачею прикладних програмістів є розробцка прикладних програм, для чого їм необхідні знання алгоритмічних і мовних засобів СУБД.

Кінцеві користувачі або спілкуються з ІС в інтерактивному режимі, або формулюють свої запити службі адміністратора БД.

Завдання. Вкажіть (за допомогою різнокольорових  стрілок) відповідність між користувачем ІС і роллю, яку він виконує.

7.4. Моделі даних

Перед створенням БД вибирають модель подання даних в ній, яку ще називають типом. У сучасних комп’ютерних ІС найчастіше застосовуються три типи моделей даних:

— ієрархічна;

— мережева;

— реляційна.

модель — це такий матерІально Чи образно поданий об’Єкт, Який у процесІ дослІдженнЯ замІнюЄ об’Єкт-оригІнал І використовуЄтьсЯ длЯ вивЧеннЯ об’Єкта-оригІналу.

Модель як інструмент наукового пізнання має відтворити найхарактерніші ознаки досліджуваної системи. Відображатися можуть як самі об’єкти, так і зв’язки між ними. В інформаційних системах до інформації ставляться дві вимоги: упорядкованість та організованість. Відповідним засобом моделювання в комп’ютерних ІС є база даних — організована певним чином і підтримувана мовними та програмними засобами сукупність взаємопов’язаних даних, які зберігаються на машинних носіях системи і описують стан об’єкта управління.

В основу організації БД покладено модель даних. За її допомогою подаються множини даних і описуються взаємозв’язки між ними (“один до одного”, “один до багатьох”, “багато до багатьох”).

Ієрархічна модель

Ієрархічна модель БД  являє собою деревоподібну структуру, яка складається з вузлів (так званих сегментів) і дуг (гілок). Кожний вузол дерева — це набір логічно взаємопо­в’язаних елементів даних, які описують конкретні об’єкти предметної ділянки. На найвищому рівні ієрархії є вузол, який не підпорядковується жодному іншому, він називається коренем дерева. Кожний інший вузол  підпорядковується тільки одному вищому. 

Існують правила розміщення його вузлів і гілок. Їх є вісім.

1. На найвищому рівні ієрархії міститься вузол, який називається корінним (“обласне управління освіти”).

2. Взаємозв’язки в ієрархічній моделі даних будуються за принципом “корінний-породжений” (“батьківський-дочірній”, або “предок-нащадок”). Вузол другого рівня ієрархії залежить від першого і є породженим. У наведеному прикладі “управління освіти” є первинним, а “район” — породженим.

3. Кожний первинний вузол може мати декілька породжених.

4. В ієрархічній моделі даних реалізовано два типи взаємозв’язків: один до одного та один до багатьох.

5. Доступ до кожного вузла відбувається через його первинний вузол.

6. Кожний примірник породженого вузла пов’язаний з вузлом первинного.

7. Примірник породженого вузла не може існувати за відсутності примірника первинного вузла.

8. При знищенні примірника первинного вузла знищуються також пов’язані з ним примірники породжених вузлів.

Мережева модель

Мережева модель організації даних є розширенням ієрархічної. У мережевій структурі даних нащадок може мати будь-яку кількість предків.

В мережевій моделі підтримуються всі три типи взаємозв’язків між даними: один до одного, один до багатьох, багато до багатьох.

Реляційна модель

Найбільшого розповсюдження набула реляційна модель БД.Реляційну модель даних розробив Едгар Кодд у 1970 році.

Реляційна модель даних подається набором двовимірних таблиць, які складаються із стовпців і рядків,а також має ім’я, унікальне в межах даної БД.

Рис. 3. Основна перевага реляційної моделі даних — простота і наочність

Кожний файл даних у такій моделі містить дані, які можна подати у вигляді таблиці. Перевагою таких БД є наочність і зрозумілість організації даних, швидкість пошуку даних.

Таблиця відображає тип об’єкта реального світу, а кожний рядок —конкретний екземпляр даного об’єкта.

Стовпчик таблиці — це сукупність значень конкретного атрибута
об’єкта. Ці значення вибираються з множини всіх можливих значень атрибуту об’єкта, що називається доменом.

Кожний стовпець має ім’я, яке записується у верхній частині таблиці. Воно має бути унікальним у таблиці, але різні таблиці можуть мати стовпці з однаковими іменами. Будь-яка таблиця повинна мати хоча б один стовпець. Стовпці розташовані в таблиці відповідно до порядку слідування їх імен при створенні таблиці.

На відміну від стовпців, рядки імен не мають; їх порядок у таблиці не визначений, а кількість логічно не обмежена. Оскільки рядки в таблиці не впорядковані, то неможливо вибрати рядок згідно з позицією — серед них не існує першої, другої або останньої.

Будь-яка таблиця має один або декілька стовпців, значення в яких однозначно ідентифікують кожний її рядок. Такий стовпець називається первинним ключем. У цьому стовпці значення не можуть дублюватися — у таблиці не повинно бути рядків, що мають одне й те саме значення для конкретного стовп­ця. Якщо таблиця відповідає цим вимогам, то вона називається відношенням.

Найважливішим елементом реляційної моделі  даних є взаємозв’язок таблиць, який забезпечується зовнішніми ключами, відповідно до типу зв’язків, що встановлені між об’єктами.

7.5. Поняття про СУБД. Об’єкти Microsoft Access та зв’язки між ними

Ми вже говорили про те, що одним із найважливіших компонентів автоматизованої інформаційної системи є система управління базами  даних — СУБД. Для створення і підтримки бази даних СУБД необхідний як і для розробки програми алгоритмічною мовою — транслятор.

СУБД — це сукупнІсть програмних засобІв, признаЧених длЯ створеннЯ, пІдтримки І використаннЯ бази даних багатьма користуваЧами.

Відповідно до моделей даних СУБД поділяються на системи І, ІІ та ІІІ покоління. На основі ієрархічної та мережевої моделі  побудовані СУБД І покоління. На основі реляційної — СУБД ІІ покоління.

Представники другого покоління ще домінують на ринку інформаційних технологій, але більшість з них в своєму розвитку перетворюються на СУБД ІІІ покоління, до якого належать об’єктні та об’єктно-орієнтовані СУБД.

У своїх подальших практичних роботах ми будемо використовувати СУБД Microsoft Access, яка підтримує реляційну модель даних.

Microsoft Access оперує з такими об’єктами, як:

— таблиця;

— запит;

— форма;

— звіт;

— макрос;

— модуль.

Таблиця — об’єкт, що визначається і використовується для збереження даних. Кожна таблиця містить інформацію про об’єкт певного типу, наприклад про учнів. У стовпцях таблиці зберігаються різні дані, наприклад прізвище або адреса, а в рядках зібрана вся інформація про конкретний екземпляр даного об’єкта, наприклад інформація про учня, прізвище якого Петренко.

Запит — це об’єкт, який дозволяє користувачеві отримати необхідні дані з однієї або декількох таблиць.

Форма — об’єкт, призначений взагалі для введення даних, відображення їх на екрані.

Звіт — об’єкт, призначений для створення документа, який згодом може бути роздрукованим. Перш ніж роздрукувати, звіт можна продивитися на екрані.

Макрос — об’єкт, що являє собою структурований опис одного або декількох дій, які має виконати Microsoft Access у відповідь на певну подію.

Модуль — об’єкт, який містить у собі програми, створені мовою Visual Basic.

З повагою ІЦ “KURSOVIKS”!