Введение
Для принятия эффективных управленческих решений в условиях динамичного развития рыночной экономики предприятию требуется целесообразная система информационного обеспечения, объективно отражающая сложившуюся экономическую ситуацию. Выбранная тема является наиболее актуальной на сегодняшний день, так как хорошее информационное обеспечение это не только залог успеха и конкурентоспособности фирмы, но и порой выступает как средство выживания в условиях жесткой конкуренции.
В современных условиях важной областью стало информационное обеспечение, которое состоит в сборе и переработке информации, необходимой для принятия обоснованных управленческих решений. Передача информации о положении и деятельности фирмы на высший уровень управления и взаимный обмен информацией между всеми взаимосвязанными подразделениями осуществляется на базе современной электронно-вычислительной техники.
Важнейшим фактором повышения эффективности производства в любой отрасли является улучшение управление ресурсами. Совершенствование форм и методов управления происходит на основе достижений научно-технического прогресса, дальнейшего развития экономической кибернетики, которая рассматривает экономику, а также её структурные и функциональные части как сложные системы, в которых протекают процессы регулирования и управления, реализуемые движением и преобразованием информации.

Различные информационно-технические новшества следует воспринимать как средство сокращения и удешевление аппарата управления. Так, например, появление телефона, телевидения, персональных компьютеров, локальных сетей и глобальной сети Интернет приводило в свою очередь к совершенствованию системы информационного обеспечения управления предприятием. Роль информационных систем (ИС) в организационном управление фирмой постоянно возрастает, что связано с изменениями социально-экономического характера, появлением новейших достижений в области техники и технологий. Научно-техническая революция выдвинула информационные системы в качестве важнейшего фактора производственного процесса. ИС необходимы как непременное условие работы современной техники, как средство повышения качества рабочий силы, как предпосылка успешной организации самого процесса производства.

Основные идеи современной информационной технологии базируются на концепции баз данных (БД). Согласно данной концепции основной информационной технологией являются данные, организованные в БД, адекватно отражающие реалии действительности в той или иной предметной области и обеспечивающие пользователя актуальной информацией в соответствующей предметной области.

Базы данных занимают лидирующее положение в области информационных технологий, становятся неотъемлемой частью жизни современного человека, насыщенной различного рода информацией. Без основательного знакомства с базами данных и системами управления базами данных (СУБД) в наше время невозможно быть не только квалифицированным программистом, но и грамотным пользователем. Без знания основ баз данных трудно на серьезном уровне работать с конкретными экономическими системами, как бы хорошо они ни были документированы.

Основная цель данной работы состоит в том, чтобы на основе тщательного и всестороннего изучения научного опыта показать механизм практического осуществления построение и внедрения БД ИС в деятельность предприятия.

Исходя из поставленной цели вытекают следующие задачи:

- изучить теоретические основы проектирования, разработки и внедрения БД ИС в экономическую деятельность предприятия;

- проанализировать финансовое состояние предприятия;

- рассмотреть пути совершенствования информационного обеспечения на предприятии, путем выявления неавтоматизированных участков работы;

- реализовать полученную физическую модель БД ИС "Вызов" в среде Delphi;

- внедрить разработанный программный продукт в экономическую деятельность предприятия и оценить эффективность внедрения.

Объектом данного исследования является Государственное предприятие "Алушталифт". Предметом исследования данной работы является комплекс экономических показателей, направленных на определение существующего финансового состояния предприятия и последующего внедрения БД ИС в деятельность предприятия.

1.1 Общая характеристика баз данных и информационных систем

За три последних десятилетия стало общепризнанным, что информация является не менее важным ресурсом человеческого общества, чем сырье, энергия и пища. Можно утверждать, что практически в любом виде человеческой деятельности требуется удовлетворение информационных потребностей в той или иной степени. Так, например, собираясь на улицу, мы всегда хотим получить информацию о погоде. Большинство из нас в том или ином виде ежедневно получают различную информацию из газет, радио, телепередач, Интернета. Не говоря уже об источниках профессиональной информации.

Развитие систем связи и коммуникаций привело к усложнению и дифференциации информационных процессов в человеческом обществе. Способность накапливать информацию и обеспечивать эффективный доступ к ней становится определяющим фактором не только развития человеческого общества, но и поддержания его жизнеспособности. Быстрый рост объемов информации, закрепленной на внешних по отношению к человеку носителях, привел к появлению новых общественных институтов (библиотеки, архивы, пресса, вычислительные центры и т. д.) и специальных систем (службы научно-технической информации, справочные службы, глобальные информационные компьютерные сети).

Развитие средств вычислительной техники и информационных технологий открыло новые возможности и способы хранения, представления и поиска информации, в частности, создание вычислительных систем, "доступных по требованию" - т.е. вычислительные ресурсы становятся таким же доступным ресурсом для потребления человеком, как электроэнергия, природный газ, вода.

Таким образом, резко возрастают требования к качеству и надежности проектирования систем для работы с информацией, представляемой в электронном виде.

Прежде чем перейти к обсуждению понятия информационной системы (ИС), попытаемся выяснить, что же понимается под словом информация. Информация (от лат.informatio-- осведомление, разъяснение, изложение, от лат.informare-- придавать форму)-- в широком смысле абстрактное понятие, имеющее множество значений, в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова-- сведения (сообщения) независимо от формы их представления. (Стратонович Р. Л. Теория информации. М.: Сов. радио, 1975).

Данные (калька от лат.data) -- это представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и обработки в некотором информационном процессе. (Международная ассоциация обработки данных).

Содержательная же сторона понятия "информация" очень многогранна и не имеет четких семантических границ. Однако всегда можно сказать, что можно с ней делать. Именно ответ на этот вопрос чаще всего и интересует как системных аналитиков и разработчиков (ИС), так и пользователей информации (ее основных потребителей).

С точки зрения, как пользователей, так и разработчиков ИС, у информации есть одно важное свойство - она является единицей данных, подлежащих обработке. Обычно информация поступает потребителю именно в виде данных: таблиц, графиков, рисунков, фильмов, устных сообщений, которые фиксируют в себе информацию определенной структуры и типа. Таким образом, данные выступают как способ представления информации в определенной, фиксированной форме, пригодной для обработки, хранения и передачи. Хотя очень часто термины "информация" и "данные" выступают как синонимы (особенно в среде разработчиков ИС), следует помнить об этом их существенном отличии. Именно в данных информация обретает интерпретацию в конкретной ИС.

При упоминании о "форме" представления информации следует сказать и еще об одном, "человеческом" свойстве информации - ее восприятии различными категориями людей. Данные могут быть сгруппированы совместно в документ. Документ может иметь или не иметь определенную внутреннюю структуру. Данные могут быть отображены на экране дисплея компьютера. Документы могут иметь аудио- или видеоформу. Разрабатывая ИС, никогда не следует забывать, для кого они (системы) создаются и кто будет их использовать (воспринимать информацию в них). Форма представления информации в ИС определяет не только ее "дружелюбие", но также и категории пользователей. ИС создаются для конкретных групп пользователей, т.е. они, как правило, проблемно-ориентированны.

Воройский Ф.С определяет: информацию как данные, которым придается некоторый смысл (интерпретация) в конкретной ситуации в рамках некоторой системы понятий. Информация представляется посредством кодирования данных и извлекается путем их декодирования и интерпретации [8, С. 10-11].

В этом определении фиксируется три основных преобразования информации и данных в процессе их обработки в ИС: информация-данные, данные-данные, данные-информация.

На рис. 1.1 представлены две стороны определения понятия информации: функциональная и представительная. Первая в общих чертах определяет круг действий над информацией, а вторая - результат выполнения этих действий [8, С. 12].

При разработке ИС важно отличать собственно генерацию информации и поддержку ее актуальности (соответствия текущему моменту) от процедур ее оформления для потребления пользователем.

Основной целью создания ИС является удовлетворение информационных потребностей пользователей путем предоставления необходимой им информации на основе хранимых данных. Потребность в информации как таковой не исчерпывает понятия информационных потребностей. Обычно в понятие информационных потребностей включают определенные требования к качеству информационного обслуживания и поведению системы в целом (производительность, актуальность и надежность данных, ориентация на пользователя и ряд других).

Рис. 1.1. Содержание термина "информация" по [8]

Рассмотрим различные определения информационных систем:

1. Под информационной системой (ИС) понимается организационная совокупность технических и обеспечивающих средств, технологических процессов и кадров, реализующих функции сбора, обработки, хранения, поиска, выдачи и передачи информации. (Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. - М.: Финансы и статистика. 2000.)

2. По определению Закона Украины "Об информации, информатизации и защите информации" от 25 января 1995 года, информационная система (ИС), в широком смысле своего значения, есть "организационно упорядоченная совокупность документов (массивов документов) и информационных технологий, в том числе с использованием средств вычислительной техники и связи, реализующих информационные процессы". Так же юридическое определение термина "информационная система", как "автоматизированная система, компьютерная сеть или система связи", дано в ("Положении о технической защите информации в Украине", утвержденному Указом Президента Украины от 27.09.99 г. № 1229/99).

Необходимость повышения производительности труда в сфере информационной деятельности приводит к тому, что в качестве внешних средств хранения и быстрого доступа к информации чаще всего используются средства вычислительной техники (цифровой и аналоговой) на основе компьютеров. Современные ИС - сложные комплексы аппаратных и программных средств, технологии и персонала, которые еще называют автоматизированными информационными системами. Структурно ИС включают в себя аппаратное (hardware), программное (software), коммуникационное (netware), промежуточного слоя (middleware), лингвистическое и организационно-технологическое обеспечение.

Аппаратное обеспечение ИС включает в себя широкий набор средств вычислительной техники, средства передачи данных, а также целый ряд специальных технических устройств (устройства графического отображения информации, аудио- и видеоустройства, средства речевого ввода и т.д.). Аппаратное обеспечение является основой любой ИС.

Коммуникационное (сетевое) обеспечение включает в себя комплекс аппаратных сетевых коммуникаций и программных средств поддержки коммуникаций в ИС. Оно имеет существенное значение при создании распределенных ИС и ИС на основе Интернета. При создании распределенных ИС огромную роль также играет программное обеспечение промежуточного слоя, состоящее из набора программных средств (служб и сервисов), которые управляют взаимодействием распределенных объектов в системе.

Программное обеспечение ИС обеспечивает реализацию функций ввода данных, их размещения на машиночитаемых носителях, модификации данных, доступ к данным, поддержку функционирования оборудования. Программное обеспечение можно разделить на системное (которое венчает процесс выбора аппаратно-программного решения, или платформы, как говорят в настоящее время) и пользовательское (которое применяется для решения задач удовлетворения потребностей пользователя в компьютерной среде, а именно, реализует бизнес-логику) [8, С. 18]

Лингвистическое обеспечение ИС предназначено для решения задач формализации смыслового содержания полнотекстовой и специальной информации для создания поискового образа данных (профиля). В классическом смысле обычно оно включает процедуры индексирования текстов, их классификацию и тематическую рубрикацию. Зачастую ИС, содержащие сложно-структурированную информацию, включают в себя тезаурусы терминов и понятий (средства поддержки метаданных). Сюда можно отнести и создание процессоров специализированных формальных языков конечных пользователей, например языков для манипулирования бухгалтерской информацией и т.д. Чаще всего работам по разработке лингвистического обеспечения не придается должного значения. Подобные упущения чаще всего ведут к неприятию пользователями самой системы и, как следствие, к ее закономерной гибели. Это относится в первую очередь к узко специализированным ИС.

По мере возрастания сложности и масштабов ИС важную роль начинает играть организационно-технологическое обеспечение, которое соединяет разнородные компоненты (аппаратуру, программы и персонал) в единую систему и обеспечивает процедуры ее управления и функционирования. Недооценка этой составляющей ИС чаще всего приводит к срыву сроков внедрения системы и вывода ее на производственные мощности.

На рис. 1.2 просуммированы в общих чертах функции ИС через ее основные структурные компоненты. [14. С.85]

Рис. 1.2. Определение информационной системы по [14]

В чем состоит преимущество ориентации на автоматизацию основных бизнес-процессов при автоматизации организации или предприятия? Традиционно и повсеместно используемым подходом (особенно на начальных этапах развития информационной инфраструктуры организации) является применение так называемого позадачного метода решения задач автоматизации, направленного на решение достаточно простых и понятных руководству задач.

Например, учет заказов, выписка счетов, подготовка документов. Конъюнктурное преимущество такого метода очевидно: достаточно быстро может быть получен результат, существование модной ныне ИТ-службы оправдано, внутренние инвестиции быстро вернулись. В принципе, с точки зрения системного анализа это является порочной практикой. Однако он существует, поскольку позволяет, с одной стороны, вроде бы не отставать от жизни (наличие ИС в организации зачастую является одним из определяющих факторов ее конкурентоспособности), а с другой - экономить денежные средства на автоматизации. Вышеуказанный подход позволяет использовать служащих с невысокой квалификацией. Рано или поздно это становится тормозом в развитии информационной инфраструктуры организации.

Низкая отдача уже существующей ИС организации на текущем этапе ее эксплуатации также становится тормозящим фактором. Изменение направлений бизнеса организации и ряд других факторов приводят к вопросу пересмотра отношения к ИС в организации, т.е. к извечному вопросу - переделать или начать с начала. Начать сначала всегда выгодней. Можно применить уже хорошо отработанные в информатике методики проектирования "сверху-вниз" или "снизу-верх". Однако рано или поздно опять встанет вопрос о соответствии требованиям сегодняшнего дня.

Даже в тех случаях реализации ИС, которые одобряются системным анализом, не удается избежать переделки ИС, т.к. она, как органическая часть производственного процесса, должна следовать и отвечать стратегическому генеральному бизнес-плану развития организации. Такой план всегда должен быть, если организация собирается долго жить в своем секторе рынка.

Разработчики ИС фактически всегда находятся в методике "из-середины" (midlle of design). Есть некоторая основа (уже созданная или создаваемая), и вокруг нее следует развиваться в различных направлениях, не сильно ломая сложившиеся традиции. Таким образом, постулируется итерационный подход в разработке и создании информационных систем. И, как следует из вышесказанного, он определяется не желанием теоретиков ИС, а жизненной необходимостью [14, С 89-90]

Основным подходом в таких переделках (так же, как и при создании) ИС является концепция реинжиниринга, суть которого сводится к постоянному моделированию информационных процессов и данных организации и их отображения в существующей системе.

Что является основной особенностью технологии реализации итерационного подхода разработки и сопровождения ИС? Основная особенность реализации концепции разработки ИС, ориентированной на интегрированные процессы, - это наличие или отсутствие сборочного конвейера, поскольку необходимо собирать воедино многие технологические процессы обработки информации. При объединении технологических процессов обработки информации увеличивается скорость прохождения информации в системе, принятие решений на основе информационных потоков становится частью процесса обработки информации (и более состоятельной), уменьшается иерархия управленческих структур.

Следует также иметь в виду, что наличие в организации корпоративной ИС зачастую меняет представление пользователей о том, как информация должна циркулировать в организации, что является еще одним важным стимулом модернизации ИС. ИС - составляющая и несущая часть пирамиды обработки информации. Поэтому в процессе разработки и реализации ИС приходится перестраивать как бизнес-процессы, так и бизнес-правила и их взаимодействие, что и составляет основу реинжиниринга.

Для того чтобы ИС жила долго и ее эксплуатация приносила ощутимую выгоду, необходимо тщательно проектировать и ее архитектуру, и ее составные компоненты, в частности базы данных, о которых пойдет речь ниже. Подавляющее большинство компьютеров, которые используются для аппаратного обеспечения создателями ИС, являются компьютерами фон Неймана. Основная идея, положенная в основу создания компьютера фон Неймана, состоит в том, что компьютер представляет собой вычислительную машину с загружаемым в его память кодом - программами и данными. В процессе своей работы такая машина интерпретирует код и различает программы (исполняемый код) и данные (неисполняемый код). Рассмотрим основные подходы к обработке информации в автоматизированных информационных системах. Одним из главных вопросов разработки программного обеспечения ИС (и программирования как самостоятельной дисциплины) является вопрос о соотнесении программ и данных, ибо решение этого вопроса, в конечном счете, определяет выбор алгоритмов обработки информации, аппаратных средств и технологической платформы. Фундаментальным принципом в решении вопроса о соотнесении программ и данных является концепция независимости прикладных программ от данных, и неважно, какая обработка данных предполагается: централизованная или распределенная. Суть этой концепции состоит не столько в отделении программ от данных, сколько в рассмотрении их как самостоятельных взаимодействующих объектов [14, С. 105] Одной из последних модификаций этого принципа является концепция независимости прикладных программ от данных вместе с процедурами их обработки (объектно-ориентированный подход в программировании), который позволяет решить ряд вопросов обработки данных, связанных с интерпретацией семантического смысла данных. Торжество концепции независимости программ от данных привело к формированию в 1962 году концепции базы данных (БД) и созданию на ее основе метода баз данных для решения задач обработки информации. До середины 60-х годов прошлого века основной концепцией построения программного обеспечения являлась концепция файловой системы и так называемый позадачный метод. Такой подход по-прежнему остается доминирующим в разработке и функционировании несущих операционных платформ. В конце 80-х годов прошлого века была предложена концепция объектно-ориентированных баз данных и объектно-ориентированный подход разработки программ на основе обработки событий [21, С. 68]. На рис. 1.4 представлены основные черты для каждой из указанных выше концепций. На рис. 1.3 проведено сопоставление основных методов обработки данных: концепции файловой системы, концепция баз данных и концепция объектно-ориентированных баз данных. Основной смысл объектной технологии состоит в том, что программы рассматриваются как совокупность объектов. Объекту присущи следующие свойства:

- Инкапсуляция. Объекты наделяются структурой и обладают определенным поведением (набором операций). Операции над объектами составляют его методы. Структура объекта скрыта от пользователя, который манипулирует с объектом через его операции. Объект рассматривается как абстракция реального мира. Для того чтобы объект выполнил некоторое действие, ему нужно послать сообщение. Объект взаимодействует с другими объектами через события.

- Наследование. Представляет собой механизм, позволяющий производить одни объекты из других, при этом свойства родительского объекта сохраняются у потомка.

- Полиморфизм. Различные объекты могут получать одинаковые сообщения, но реагировать на них по-разному, в соответствии с реализацией своих одноименных методов.

Рис. 1.3. Основные методы обработки информации по [21]

Рис. 1.4. Основные концепции обработки информации по [21]

Идея повышения степени независимости обрабатывающих программ от способов хранения и содержания хранимых данных впервые была использована в концепции баз данных путем разделения логического и физического уровней хранения данных в 1964 году в исследованиях сотрудников фирмы IBM.

Базу данных в общем случае можно определить как унифицированную совокупность хранимых и воспроизводимых данных, используемых в рамках организации (Engles R.A., 1972 г.). Однако понятие базы данных не основывается в настоящее время на единой концепции, скорее это целое семейство связанных между собой понятий из предметной области, программного и аппаратного обеспечения, анализа и моделирования данных и приложений. Мы дадим несколько определений базы данных.

Рассмотрим различные определения баз данных

1. База данных есть совокупность взаимосвязанных данных, совместно используемых несколькими приложениями и хранящимися с (минимальной) регулируемой избыточностью. Данные запоминаются таким образом, чтобы они, по мере возможности, не зависели от программ. Для обработки данных применяется общий управляющий метод доступа. Если базы данных не пересекаются по структуре, то говорят о системе баз данных [21, С. 75].

2. (Согласно материалам комитета КОДАСИЛ) База данных состоит из всех экземпляров записей, экземпляров наборов записей и областей, которые контролируются конкретной схемой. (Под схемой можно понимать карту всей логической структуры базы данных. Определение понятия схемы по КОДАСИЛ будет дано при обсуждении сетевой модели данных) [20, С. 83].

3. Законодательством Украины, термин БАЗА ДАННЫХ определяется как "совокупность произведений, данных или какой-либо иной независимой информации в произвольной форме, в том числе электронной, подбор и расположение составных частей которой и ее упорядочение является результатом творческого труда, составные части которой доступны индивидуально и могут быть обнаружены при помощи специальной поисковой системы на основании электронных средств (компьютера) или иных средств" (Закон Украины "О распространении экземпляров аудиовизуальных произведений и фонограмм", ст. 2, с изменениями от 10.7.2003года) [4, С. 235].

Для разработчика ИС существенным моментом при использовании концепции баз данных является то обстоятельство, что данные становятся определенным образом организованы, приобретают некую упорядоченность и внутреннюю структуру, а также то, что имеется некоторый набор унифицированных операций обработки данных и декларативных средств представления данных. К таким операциям следует отнести операции "Вставить" (Insert), "Добавить" (Add), "Удалить" (Delete) и ряд других. К декларативным средствам представления данных следует отнести языки определения данных. То есть использование данной концепции при создании ИС предполагает наличие языка определения данных и языка манипулирования данными, а также правил построения интерфейсов программ (приложений) с БД и пользователем.

Такое деление средств манипулирования данными и их представления является в определенной степени условным. Язык определения данных служит для описания логической структуры (схемы) БД, а в некоторых случаях и способов хранения и доступа к данным. Язык манипулирования данными предоставляет алгоритмические средства построения приложений для обработки сохраняемых в БД элементов данных.

В ситуации применения концепции базы данных для создания ИС естественным образом возникает вопрос - а кто или что должно все это поддерживать? Таким образом, встает вопрос о Системе управления базой данных (СУБД). СУБД являются сложными программными системами, работающими на различных операционных платформах. Именно СУБД должна предоставить средства определения и манипулирования данными, сделав данные независимыми от прикладных программ, их использующих. В последнее время набирает обороты концепция машин баз данных, которая предполагает аппаратную реализацию некоторых процедур обработки данных.

Однако после признания концепции БД прошло почти четыре года, прежде чем в 1966 году была создана первая СУБД. На рис. 1.5 представлены основные функции СУБД.

Системой управления базами данных (Data-base Management System) называется совокупность программных средств, необходимых для использования базы данных и предоставляющих разработчикам и пользователям множество различных представлений данных [20, С. 113].

Рис. 1.5. Основные функции СУБД по [20]

Выше все время подчеркивалась роль представления данных в решении задач обработки информации (принцип независимости программ от данных, концепция баз данных и т.д.). Представление информации с помощью данных требует унифицированного подхода к понятию данных как независимого объекта моделирования. Поэтому для разработчика ИС выбор соответствующей модели данных является одной из самых важных проблем. Выбор модели данных влечет за собой выбор средств анализа предметной области (ПО БД) как сферы реального мира, подлежащего изучению и обработке. В конечном счете такой выбор делает разработчика зависимым от той или иной информационной технологии создания информационных систем с базами данных.

- Модель данных ограничивает возможность выбора СУБД, так как обычно отдельно взятая модель поддерживает определенную модель данных.

- Модель данных определяет и методы создания дружественного интерфейса пользователя за счет средств СУБД (особенности конкретной реализации модели (замкнутость на свою среду), иногда весьма существенные, ибо коммерческие интересы фирм - разработчиков СУБД вступают в противоречие с требованиями рынка информационных услуг).

- Модель данных требует приведения представлений пользователя о данных и результатах их обработки к определенному уровню понимания, что может повлечь за собой необходимость обучения пользователя методам и средствам работы с данными (необходимость использования моделей высокого уровня для описания семантики предметной области информационной системы, желательно возможностью использования средств реинжиниринга).

Таким образом, понятие модели данных является одним из фундаментальных понятий информатики, от которого во многом зависят механизмы реализации ИС как программно-аппаратного комплекса.

Что же такое модели данных? В самом общем случае модель данных - это логическое представление данных и совокупность операций над ними.

Модель данных (Data Model) есть логическая структура данных, которая представляет присущие этим данным свойства, не зависимые от аппаратного и программного обеспечения и не связанные с функционированием компьютера [21, С.122].

Можно рассмотреть несколько аспектов моделирования в обработке данных:

- информационное моделирование:

- концептуальное моделирование (моделирование семантики предметной области);

- логическое моделирование данных;

- физическое моделирование:

- создание моделей доступа к данным;

- оптимизация физической организации данных в аппаратной среде.

Рассмотрим информационную модель данных. На рис. 1.6 иллюстрируется общее содержание понятия модели данных, сложившееся к настоящему времени.

Рис. 1.6. Представление об информационной модели данных по [21]

Объектами информационной модели являются сущности реального мира из предметной области. Иногда их называют итемами, чтобы подчеркнуть их целостность. Свойства объектов (сущностей) называют атрибутами. Сущности вступают в связи друг с другом через свои атрибуты. Эти три компонента информационной модели представляют субъективные средства описания модели, которые после определенной формализации дают внешнюю схему данных БД ИС.

В рамках информационного моделирования существует несколько точек зрения (схем) на абстрагирование данных. С точки зрения пользователя (называемой внешней схемой), определение данных представляется в контексте языка предметной области. Структура данных и содержание меняется в зависимости от сферы деятельности и особенностей конкретного пользователя. С точки зрения компьютера (называемой внутренней схемой), данные определяются в терминах файловых структур для хранения и поиска. Структура данных в этом случае зависит от конкретной компьютерной технологии и от требований эффективности обработки данных.

При моделировании информации на основе разработки только внешней и внутренней схем по-прежнему остаются трудными для решения проблемы избыточности и противоречивости данных. Хотя СУБД значительно расширяет возможности совместного использования данных, все же ее применение не гарантирует непротиворечивости определения данных.

Исследовательская группа по СУБД ANSI/X3/SPARC пришла к выводу, что для создания идеальной среды управления данными необходимо определение их с третьей, промежуточной точки зрения (концепция трех схем ANSI/X3/SPARC). Эта точка зрения (называемая концептуальной схемой) сводится к единообразному определению данных в рамках предметной области, не ориентированному на какое-либо конкретное использование их и не зависящему от того, как данные физически обрабатываются на компьютере (рис. 1.7).

Основной целью концептуальной схемы является выработка непротиворечивой интерпретации определения взаимосвязей данных для их объединения, совместного использования и управления целостностью данных. Любая информационная модель данных определяется средствами поддержки модели данных, реализуемыми СУБД [21, С. 129].

Наличие в СУБД определенной, допустимой структуры данных приводит к понятию баз структурированных данных, то есть данные в таких БД должны быть представлены как совокупность взаимосвязанных элементов. Если допустить возможность порождения новых типов и динамический процесс установления связей (во время появления объекта в БД), то мы придем к понятию баз неструктурированных данных. Допустимы и промежуточные варианты, которые носят название БД с частично детерминированной схемой. Такое деление БД с точки зрения степени структурированности сохраняемых данных оказывается существенным моментом при выборе несущей СУБД для реализации ИС, поскольку конкретная СУБД обычно поддерживает определенную модель данных. С другой стороны, следует иметь в виду, что для каждого из приведенных типов БД используются соответствующие модели данных, т.е. существует некоторое множество моделей данных.

Рис. 1.7. Концепция трех схем по [21]

В настоящее время для баз структурированных данных различают три основных типа логических моделей данных в зависимости от характера поддерживаемых ими связей между элементами данных - сетевую, иерархическую и реляционную. Классифицирующими признаками в этих моделях являются: степень жесткости (фиксации) связи, математическое представление структуры модели и допустимые типы данных (см. таблицу 1.1).

Таблица 1.1 Общие характеристики моделей данных

Модель данных	Характер связи между объектами	Формальное представление
Сетевая	Полужесткие связи	Произвольный граф
Иерархическая	Жесткие связи	Древовидная структура
Реляционная	Изменчивые связи	Плоский файл

Рис. 1.8 иллюстрирует особенности каждой модели данных. При сопоставлении моделей следует помнить, что все они теоретически эквивалентны. Эквивалентность моделей состоит в том, что они могут быть сведены одна к другой путем формальных преобразований. Подробное доказательство этого факта можно найти в классической монографии Дж. Дейта по БД. Суть доказательства состоит в отказе от принципа избыточности данных, то есть разрешается дублировать данные в узлах представления. Тогда преобразование одной модели в другую получается простым удвоением вершин соответствующего представления в цепочке моделей "сетевая-иерархическая-реляционная" [22, С.28-29].

Очень часто СУБД классифицируются по типу модели данных, которую они поддерживают. Следовательно, различают СУБД сетевые, иерархические и реляционные. Однако в практике обработки данных СУБД характеризуются по их способности поддерживать определенный тип БД. В самом общем виде БД подразделяют на:

- фактографические, которые хранят совокупность фактов интегрированных, возможно, из различных документов;

- документальные, которые ориентированы на хранение документов;

- документально-фактографические, которые обладают чертами и тех и других.

Рис. 1.8. Основные типы моделей данных по [22]

Так, СУБД CDS/ISIS в первую очередь ориентирована на поддержку работы с документом, который состоит из определенного числа рубрик, проиндексированных по тезаурусу ключевых слов. СУБД ADABAS хорошо подходит для организации фактографических БД, а СУБД ORACLE - для БД смешанного типа. Во избежание несуразностей с использованием определенной модели данных, БД, за редким исключением, целесообразно классифицировать по типу используемой модели в СУБД. Отметим, что классификация БД далеко не завершенная область исследований: попытки ввести новые типы БД продолжаются (активные, дедуктивные, нечеткие реляционные, графические БД и т.д.).

Во многих случаях для разработчиков ИС бывает важно деление СУБД (и БД) по характеру обработки: на централизованные и распределенные. При использовании распределенной обработки следует обратить внимание на характер обработки транзакций, т.к. последние оказывают существенное влияние на производительность системы. Под транзакцией в самом общем случае понимают единицу работы, требуемой пользователем от БД, независимо от характера обработки. Чаще всего в результате обработки транзакции реализуется запрос пользователя либо на выборку данных из БД, либо на обновление БД, либо на выполнение каких-то иных действий над БД. При этом предполагается, что выполнение запроса сопровождается выполнением комплекса внутрисистемных действий СУБД, направленных на поддержание целостности данных, разграничение доступа и т.п.

Существуют различные концептуальные подходы к обработке транзакций при распределенной обработке. Принципиальным здесь является не только вопрос как, но и где локализуется обработка транзакции: на файлах компьютера конечного пользователя или на выделенном в сети компьютере. От выбора той или иной концепции будет зависеть время отклика системы на запрос пользователя. Параметр "время отклика системы на запрос пользователя" очень часто выступает в качестве определяющего или желательного параметра разрабатываемой системы. Следует заметить, что классификация архитектур информационных систем, как и любая классификация, не является абсолютно "жесткой". В архитектуре любой конкретной информационной системы часто можно найти влияния нескольких общих архитектурных решений. Современные информационные системы де-факто немыслимы без использования баз данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД), поэтому термин "информационная система" на практике сливается по смыслу с термином "система баз данных". А словосочетание "база данных информационных систем", объединившись подчинительной связью, превратилось почти в единое целое. И так в данном параграфе были рассмотрены общие характеристики баз данных информационных систем, даны основные определения, показаны функции информационных систем. Рассмотрены основные типы моделей данных: сетевая, иерархическая, сетевая и их характеристики.

1.2 Теория реляционных баз данных

Реляционная база данных -- это совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна храниться в базе данных. То есть база данных представляет набор таблиц, необходимых для хранения всех данных. Таблицы реляционной базы данных логически связаны между собой [23, С. 20]

Итак, целью информационной системы является обработка данных об объектах реального мира, с учетом связей между объектами. В теории БД данные часто называют атрибутами, а объекты -- сущностями. Объект, атрибут и связь -- фундаментальные понятия ИС.

Объект (или сущность) -- это нечто существующее и различимое, то есть объектом можно назвать то "нечто", для которого существуют название и способ отличать один подобный объект от другого. Объектами могут быть не только материальные предметы, но и более абстрактные понятия, отражающие реальный мир [23, С.24].

Атрибут (или данные) -- это некоторый показатель, который характеризует некий объект и принимает для конкретного экземпляра объекта некоторое числовое, текстовое или иное значение. Информационная система оперирует наборами объектов, спроектированными применительно к данной предметной области, используя при этом конкретные значения атрибутов (данных) тех или иных объектах [23, С.25].

Развитие реляционных баз данных началось в конце 60-х годов, когда появились первые работы, в которых обсуждались; возможности использования при проектировании баз данных привычных и естественных способов представления данных -- так называемых табличных даталогических моделей.

Основоположником теории реляционных баз данных считается сотрудник фирмы IBM доктор Э. Кодд, опубликовавший 6 (июня 1970 г. статью A Relational Model of Data for Large-Shared Data Banks (Реляционная модель данных для больших коллективных банков данных). В этой статье впервые был использован термин "реляционная модель данных. Теория реляционных баз данных, разработанная в 70-х годах в США доктором Э. Коддом, имеет под собой мощную математическую основу, описывающую правила эффективной организации данных. Разработанная Э. Коддом теоретическая база стала основой для разработки теории проектирования баз данных.

Э. Кодд, будучи математиком по образованию, предложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, декартово произведение). Он доказал, что любой набор данных можно представить в виде двумерных таблиц особого вида, известных в математике как "отношения".

Реляционной считается такая база данных, в которой все данные представлены для пользователя в виде прямоугольных таблиц значений данных, и все операции над базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами.

Таблица состоит из столбцов (полей) и строк (записей); имеет имя, уникальное внутри базы данных. Таблица отражает тип объекта реального мира (сущность), а каждая ее строка-- конкретный объект. Каждый столбец таблицы -- это совокупность значений конкретного атрибута объекта. Значения выбираются из множества всех возможных значений атрибута объекта, которое называется доменом (domain).

В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементам данных. Если при вычислении логического условия относительно элемента данных в результате получено значение "истина", то этот элемент принадлежит домену. В простейшем случае домен определяется как допустимое потенциальное множество значений одного типа. Например, совокупность дат рождения всех сотрудников составляет "домен дат рождения", а имена всех сотрудников составляют "домен имен сотрудников". Домен дат рождения имеет тип данных, позволяющий хранить информацию о моментах времени, а домен имен сотрудников должен иметь символьный тип данных [23, С. 27].

Если два значения берутся из одного и того же домена, то можно выполнять сравнение этих двух значений. Например, если два значения взяты из домена дат рождения, то можно сравнить их и определить, кто из сотрудников старше. Если же значения берутся из разных доменов, то их сравнение не допускается, так как, по всей вероятности, оно не имеет смысла. Например, из сравнения имени и даты рождения сотрудника ничего определенного не выйдет.

Каждый столбец (поле) имеет имя, которое обычно записывается в верхней части таблицы. При проектировании таблиц в рамках конкретной СУБД имеется возможность выбрать для каждого поля его тип, то есть определить набор правил по его отображению, а также определить те операции, которые можно выполнять над данными, хранящимися в этом поле. Наборы типов могут различаться у разных СУБД.

Имя поля должно быть уникальным в таблице, однако различные таблицы могут иметь поля с одинаковыми именами. Любая таблица должна иметь, по крайней мере, одно поле; поля расположены в таблице в соответствии с порядком следования их имен при ее создании. В отличие от полей, строки не имеют имен; порядок их следования в таблице не определен, а количество логически не ограничено.

Так как строки в таблице не упорядочены, невозможно выбрать строку по ее позиции -- среди них не существует "первой", "второй", "последней". Любая таблица имеет один или несколько столбцов, значения в которых однозначно идентифицируют каждую ее строку. Такой столбец (или комбинация столбцов) называется первичным ключом (primary key). Часто вводят искусственное поле, предназначенное для нумерации записей в таблице. Таким полем, например, может быть его порядковый, который сможет обеспечить уникальность каждой записи в таблице. Ключ должен обладать следующими свойствами [30, С. 164]:

- Уникальностью. В каждый момент времени никакие два различных кортежа отношения не имеют одинакового значения для комбинации входящих в ключ атрибутов. То есть в таблице не может быть двух строк, имеющих одинаковый идентификационный номер или номер паспорта.

- Минимальностью. Ни один из входящих в ключ атрибутов не может быть исключен из ключа без нарушения уникальности. Это означает, что не стоит создавать ключ, включающий и номер паспорта, и идентификационный номер. Достаточно использовать любой из этих атрибутов, чтобы однозначно идентифицировать кортеж. Не стоит также включать в ключ неуникальный атрибут, то есть запрещается использование в качестве ключа комбинации идентификационного номера и имени служащего. При исключении имени служащего из ключа все равно можно уникально идентифицировать каждую строку.

Каждое отношение имеет, по крайней мере, один возможный ключ, поскольку совокупность всех его атрибутов удовлетворяет условию уникальности -- это следует из самого определения отношения.

Один из возможных ключей произвольно выбирается в качестве первичного ключа. Остальные возможные ключи, если они есть, принимаются за альтернативные ключи. Например, если в качестве первичного ключа выбрать идентификационный номер, то номер паспорта будет альтернативным ключом.

Взаимосвязь таблиц является важнейшим элементом реляционной модели данных. Она поддерживается внешними ключами (foreign key).

Таблицы невозможно хранить и обрабатывать, если в базе данных отсутствуют "данные о данных", например, описатели таблиц, столбцов и т.д. Их называют обычно метаданными. Метаданные также представлены в табличной форме и хранятся в словаре данных (data dictionary).

Помимо таблиц, в базе данных могут храниться и другие объекты, такие как экранные формы, отчеты (reports), представления (views) и даже прикладные программы, работающие с базой данных.

Для пользователей информационной системы недостаточно, чтобы база данных просто отражала объекты реального мира. Важно, чтобы такое отражение было однозначным и непротиворечивым. В этом случае говорят, что база данных удовлетворяет условию целостности (integrity).

Для того, чтобы гарантировать корректность и взаимную непротиворечивость данных, на базу данных накладываются некоторые ограничения, которые называют ограничениями целостности (data integrity constraints).

В реляционной модели Кодда есть несколько ограничительных условий, используемых для проверки данных в базе данных, а также для придания осмысленности структуре данных. Принято выделять следующие ограничения:

- Категорная целостность;

- Целостность на уровне ссылок;

- Функциональные зависимости.

В целостной части реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД. Первое требование называется требованием целостности сущности (entity integrity). Объекту или сущности реального мира в реляционных БД соответствуют кортежи отношений. Конкретно требование состоит в том, что любой кортеж любого значения-отношения любой переменной отношения должен быть отличим от любого другого кортежа этого значения отношения по составным значениям заранее определенного множества атрибутов переменной отношения, т. е., другими словами, любая переменная отношения должна обладать первичным ключом. Это требование автоматически удовлетворяется, если в системе не нарушаются базовые свойства отношений.

Требование целостности сущности полностью звучит следующим образом: у любой переменной отношения должен существовать первичный ключ, и никакое значение первичного ключа в кортежах значения-отношения переменной отношения не должно содержать неопределенных значений. Чтобы эта формулировка была полностью понятна, кратко обсудим понятие неопределенного значения (NULL) [23, С. 35].

Конечно, теоретически любой кортеж, заносимый в сохраняемое отношение, должен содержать все характеристики моделируемой им сущности реального мира, которые мы хотим сохранить в базе данных. Однако на практике не все эти характеристики могут быть известны к тому моменту, когда требуется зафиксировать сущность в базе данных.

Эдгар Кодд предложил использовать в таких случаях неопределенные значения. Неопределенное значение не принадлежит никакому типу данных и может присутствовать среди значений любого атрибута, определенного на любом типе данных (если это явно не запрещено при определении атрибута).

Так вот, первое из требований -- требование целостности сущности -- означает, что первичный ключ должен полностью идентифицировать каждую сущность, а поэтому в составе любого значения первичного ключа не допускается наличие неопределенных значений. (В классической реляционной модели это требование распространяется и на возможные ключи, в SQL-ориентированных СУБД такое требование для возможных ключей не поддерживается).

Второе требование, которое называется требованием целостности по ссылкам (referential integrity), является более сложным. Очевидно, что при соблюдении нормализованности отношений сложные сущности реального мира представляются в реляционной БД в виде нескольких кортежей нескольких отношений. Конечно, внешний ключ может быть составным, т. е. состоять из нескольких атрибутов. Говорят, что отношение, в котором определен внешний ключ, ссылается на соответствующее отношение, в котором такой же атрибут является первичным ключом.

Требование целостности по ссылкам, или требование целостности внешнего ключа, состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в кортеже значения-отношения ссылающейся переменной отношения, либо в значении-отношении переменной отношения, на которую указывает ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть полностью неопределенным (т. е. ни на что не указывать) [23, С. 41].

Нужно заметить, что как и первичный ключ, внешний ключ должен специфицироваться при определении переменной отношения и представляет собой ограничение на допустимые значения-отношения этой переменной. Другими словами, определение внешнего ключа представляет собой определение ограничения целостности базы данных.

Ограничения целостности сущности и по ссылкам должны поддерживаться СУБД. Для соблюдения целостности сущности достаточно гарантировать отсутствие в любой переменной отношения значений-отношений, содержащих кортежи с одним и тем же значением первичного ключа (и запрещать вхождение в значение первичного ключа неопределенных значений). С целостностью по ссылкам дело обстоит несколько сложнее.

Понятно, что при обновлении ссылающегося отношения (вставке новых кортежей или модификации значения внешнего ключа в существующих кортежах) достаточно следить за тем, чтобы не появлялись некорректные значения внешнего ключа.