Информационная система

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА, организационно упорядоченная совокупность программно-аппаратных и других вспомогательных средств, обеспечивающая возможность надёжного долговременного хранения больших объёмов информации, поиска и обработки данных в соответствии с требованиями предметной области (которая моделируется информационной системой), а также поддерживающая удобный интерфейс с пользователями системы. Включает компьютерное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, информационные ресурсы. Разработку и дальнейшее накопление информации в информационной системе выполняют группы работников (системные программисты и системные администраторы), обеспечивающие администрирование и сопровождение программных и аппаратных средств хранимой информации, сбор и накопление информационных ресурсов в определённой предметной области. Хотя сама идея информационных систем  и некоторые принципы их организации возникли задолго до появления компьютеров (например, библиотеки, архивы), компьютеризация в сотни раз повысила эффективность информационных систем  и расширила сферы их применения.

Информационная  система  - неотъемлемая часть современного инструментария информационного обеспечения различных видов деятельности и наиболее активно развивающихся информационных технологий. Как правило, типовые программные компоненты, входящие в состав информационных систем, включают интерфейс пользователя, прикладную логику обработки данных, средства управления данными. Информационные  системы  широко применяются во всех областях человеческой деятельности: в науке (системы обработки экспериментальных данных, системы математического и имитационного моделирования и др.), государственном управлении (автоматизированные системы подсчёта результатов выборов, переписи населения и др.), экономике (бухгалтерские системы, расчёт бизнес-проектов и др.), образовании (например, системы поддержки дистанционного обучения), связи (например, услуги мобильной телефонной связи поддерживаются информационными системами) и др. Интернет также является информационной системой.

Архитектура. В зависимости от масштаба применения и функциональных особенностей информационные системы  могут иметь различную программно-аппаратную архитектуру: централизованную, файл-серверную, клиент-серверную или интегрированную.

Централизованная архитектура характеризуется тем, что хранение и управление данными, а также выполнение всех прикладных функций информационной системы производится на одном выделенном компьютере, оснащённом несколькими терминалами, через которые пользователи получают доступ к информационной системе.

Файл-серверная архитектура предполагает, что для непосредственного хранения файлов данных используется выделенный компьютер (файл-сервер), к которому по локальной сети подключены клиентские рабочие станции, служащие как для управления данными, так и для поддержки приложений, т. е. той части информационной системы, основное назначение которой - выполнение прикладных функций, требуемых в данной области, и поддержка интерфейса с пользователями.

В клиент-серверной архитектуре выделяется отдельный компьютер (как правило, сервер базы данных), служащий для хранения и управления данными со структурой, свойственной данной информационной системе, а также иногда для выполнения части прикладных функций. К этому серверу баз данных по локальной сети подключаются клиентские рабочие станции, на которых выполняется логика приложений информационной системы, и обеспечиваются интерфейсы пользователей. Развитием клиент-серверной архитектуры является так называемая трёхзвенная архитектура, в которой между сервером баз данных и клиентскими рабочими станциями устанавливается дополнительный сервер приложений, выполняющий прикладные функции информационных систем. При такой конфигурации информационных систем  клиентские рабочие станции отвечают только за поддержку интерфейсов пользователя.

В интегрированной архитектуре нет явного разделения компонентов информационной системы на серверные и клиентские (возможно, кроме серверов баз данных). Любой компонент информационной системы в такой архитектуре может выступать в зависимости от ситуации как сервер или как клиент любого другого компонента. Интегрированная архитектура информационной системы, частным случаем которой является сервис-ориентированная архитектура, т. е. запись, указывающая начальную (исходную) точку полномочий (start of authority - SOA), позволяет решать задачи интеграции информационной системы и создания, так называемых унаследованных систем (возникающих, например, при слиянии организаций), а также проблемы, появляющиеся при переходе на новые программно-аппаратные средства организации информационной системы. Кроме того, при использовании информационных систем, основанных на интеграционной архитектуре, проще и дешевле всего можно добиться увеличения пропускной способности путём добавления соответствующей аппаратуры при изменении требований в прикладной области.

Проектирование и разработка. На этапе проектирования собираются и анализируются различные требования, предъявляемые к информационной системе со стороны её будущих пользователей, определяются логическая структура и архитектура информационной системы, выделяются основные компоненты и др. Для проектирования информационной системы чаще всего применяются методологии, технологии и инструментальные средства проектирования, основанные на использовании языка UML (unified modeling language - унифицированный язык моделирования). В UML определён набор, так называемых диаграммных нотаций, то есть средств, позволяющих визуально отображать различные аспекты структуры и поведения проектируемой информационной системы.

При создании информационной системы могут применяться различные программные средства, но, как правило, обязательным компонентом информационной системы является какая-либо система управления данными, в большинстве случаев - система управления базами данных (СУБД). Используя только средства СУБД, можно построить простую клиент-серверную информационную систему (в которой на клиентских рабочих станциях будут выполняться лишь компоненты СУБД, поддерживающие интерфейсы пользователей с базами данных).

В более сложных случаях, когда в информационной системе должна реализовываться обработка данных, характерная для какой-либо области применения, требуется разработка специальных прикладных программ, которые могут размещаться (в зависимости от выбранных архитектуры и структуры информационной системы) в клиентских рабочих станциях, на серверах приложений или на серверах баз данных. Для разработки приложений информационной системы можно использовать различные языки программирования (Java, С++, С#, РНР и т. п.), поддерживаемые инструментальными средами разработки. Например, системы класса ERP (enterprise resource planning - планирование ресурсов предприятия) позволяют создавать интегрированные внутриорганизационные информационные системы. Обычно такие системы представляют собой наборы модулей, которые ориентированы на автоматизацию какого-либо вида деятельности предприятия (например, управление кадрами, финансами и др.) и работают с общей базой данных. В этом случае создание информационной системы сводится к настройке модулей системы класса ERP в соответствии со спецификой организации или внешних условий её функционирования.

Для построения аналитической информационной системы обычно используются программные средства проектирования и управления хранилищами (datawarehouse) и витринами (data mart) данных, готовые приложения оперативной аналитической обработки данных On-line Analytical Processing (OLAP) или интеллектуального анализа данных (data mining), а также средства разработки таких приложений.

Для поддержки работы приложений информационной системы с неструктурированными данными (текстами произвольного формата, графическими, аудио или видеоданными) используются специальные средства информационного поиска, которые встраиваются в СУБД или функционируют в виде отдельных поисковых механизмов над файловыми системами (именно в таком виде они обычно применяются в информационных системах, предназначенных для массового использования в среде Интернет).

Для создания информационной системы с интегрированной архитектурой используются программные продукты категории промежуточного программного обеспечения (middleware). В состав промежуточного программного обеспечения, предназначенного, например, для поддержки архитектуры SOA, входят продукты, которые обеспечивают возможность описания процессов внутри или межорганизационной деятельности предприятия и автоматическую поддержку выполнения этих процессов на стадии функционирования информационной системы. Однако для описания таких процессов и верификации описаний требуются дополнительные усилия разработчиков информационной системы.

Особое внимание при построении любой информационной системы уделяется информационной безопасности, для поддержания которой применяются специальные технические (аппаратные, программные) и организационные средства. В разных информационных системах к обеспечению безопасности предъявляются различные требования, направленные на достижение целостности информации (на основе которой принимаются решения); защищённости информации от случайных и умышленных искажений; доступности информации (а также соответствующих прикладных служб) в любой момент, когда в ней возникает потребность; конфиденциальности (т. е. информация должна быть доступна только тем, кому она предназначена).

По сфере применения и используемым технологиям различают транзакционные информационные системы, системы поддержки принятия решений (аналитические и экспертные) и информационно-поисковые системы.

Транзакционные информационные системы применяются в предметных областях, в которых для выполнения требуемых функций нужно руководствоваться текущим информационным наполнением системы, но при выполнении функций эта информация изменяется (системы - бронирования билетов, банковские, бухгалтерские, управления складами и т.д.). Транзакционные информационные системы опираются на использование СУБД с поддержкой транзакционных свойств атомарности наборов операций, выполняемых в рамках одной транзакции (последовательность элементарных, атомарных операций); согласованности хранимой в системе информации после завершения любой транзакции; изолированности транзакций (данные, изменяемые какой-либо операцией внутри транзакции, становятся видны другим транзакциям только после завершения данной транзакции); долговечности данных (в системе гарантированно сохраняются данные, помещённые в неё любой завершённой транзакцией).

К системам поддержки принятия решений (decision support systems - DSS) относятся информационно-аналитические системы (ИАС) и экспертные системы (ЭС). ИАС представляют собой тип информационных систем, в которых с помощью сложных запросов по определённым расчётным алгоритмам производятся обработка, отбор и анализ информации (данных), находящейся в системе. ИАС можно использовать для общей реорганизации бизнес-процессов, повышения качества деловой информации, поддержки стратегического планирования и достижения оптимальных решений и др. Эффективная обработка и объединение информации достигаются применением специальных инструментов извлечения, преобразования и загрузки данных. Эффективное хранение информации обеспечивается наличием в составе ИАС целого ряда различных источников данных, например специальных хранилищ данных (Data Warehouse), накапливающих информацию (из разных источников за большой период времени) и обеспечивающих к ним оперативный доступ. Анализ данных осуществляется при помощи современных инструментов (программ) делового анализа данных. ЭС отвечают на запросы пользователей (специалистов в данной предметной области), исходя из содержащейся в них информации и набора правил, называемых экспертными знаниями (поскольку эти правила обычно формируют на основе опросов людей-экспертов), а также выдают возможные варианты (рекомендации) принятия решений. Имеется и другой подход к построению экспертных систем, при котором ЭС сама накапливает экспертные знания путём самообучения.

Информационно-поисковые системы (ИПС) предназначены для поиска информации в больших (возможно, распределённых) хранилищах неструктурированных данных (как правило, текстовых документах, реже в хранилищах графических изображений, аудио-, видеоданных и др.). Основные критерии качества работы ИПС - релевантность (соответствие между желаемой и действительно полученной информацией) поиска, учёт морфологии языка (при поиске в текстовых документах). Большинство современных пользователей ИПС ищут информацию на веб-сайтах, но существуют также системы, способные искать файлы на FTP-серверах (File Transfer Protocol - протокол передачи данных, с помощью которого можно обмениваться файлами с другими пользователями), информацию о товарах в интернет-магазинах, а также информацию в группах новостей USENET (всемирная доска объявлений). Основным традиционным принципом работы текстовых ИПС является поиск по ключевым словам (с учётом морфологии), однако активно развиваются методы семантичного поиска, в котором помимо целевых документов используются онтологии, обеспечивающие семантичные связи между сущностями предметной области и позволяющие получать ответы на сложные смысловые поисковые запросы.

Следует отметить, что приводимая классификация по сфере применения в достаточной степени условна. Крупные информационные системы часто обладают признаками всех перечисленных выше классов. Кроме того, корпоративные информационные системы масштаба предприятия обычно состоят из ряда подсистем, относящихся к различным сферам применения.

История развития. Появление информационных систем в 1950-х годах связано с созданием компьютера общего назначения UNIVAC I (1951, США), разработанного Дж. П. Эккертом (США) и Дж. У. Мокли (США). Этот компьютер отличался от ранее доминировавших на рынке обработки бизнес-данных вычислительных машин компании «IBM» наличием устройств внешней памяти на магнитных лентах, что обеспечило его широкое применение в складских, бухгалтерских и научных приложениях. Информационные  системы на основе UNIVAC I были созданы в правительственных (Бюро переписи населения, вычислительные центры командования сухопутных войск и военно-воздушных сил) и коммерческих (компании «General Electric», «U.S. Steel» и др.) организациях США.

В 1960-х годах функция информационной системы была проста: диалоговая обработка запросов, хранение записей, бухгалтерский учёт и другая электронная обработка данных (electronic data processing - EDP). Позднее, в связи с появлением концепции управленческих (менеджерских) информационных систем (management information systems - MIS), была добавлена функция, позволяющая обеспечивать пользователей отчётами, необходимыми для принятия управленческих решений (information reporting systems). В 1970-х годах стало очевидно, что жёстко заданные формы подготовки результатов отчётов не отвечают требованиям пользователей. Тогда появилась концепция систем поддержки принятия решений DSS. Эти системы должны были обеспечить пользователей специализированной и интерактивной поддержкой процессов принятия решений. В 1980-х годах с повышением мощности ПК, созданием различных пакетов прикладных программ и развитием телекоммуникационных средств связи, так называемые конечные пользователи (end user computing) получили возможность самостоятельно (без посредничества специализированных информационных служб) использовать вычислительные ресурсы для решения задач, связанных с их профессиональной деятельностью. Крупным достижением стало создание и применение систем и методов искусственного интеллекта (агtifical intellegence - AI) в информационной системе. Экспертные системы (expert systems - ES) и системы баз знаний (knowledge-based systems) определили новую роль информационной системы - обеспечение пользователя качественными рекомендациями в предметных областях. В конце 1980-х годов получила развитие концепция стратегической роли информационных систем (strategic information systems - SIS).

В СССР в 1950-е годы компьютеры применялись в основном в военных целях. Например, одна из первых информационных систем (комплекс Даль-111 под руководством Ю. Я. Базилевского; 1955-59) представляла собой автоматизированный вычислительный комплекс для приёма и обработки радиолокационной информации, решения задач селекции и распределения целей, наведения на них средств ПВО путём выработки для них команд управления. В 1956 под руководством Г. В. Кисунько создана первая в мире экспериментальная система противоракетной обороны - система «А».

В середине 1960-70-х годов на ряде предприятий СССР созданы и успешно применялись локальные автоматизированные системы управления (АСУ), прообразы современных корпоративных информационных систем. Например, в 1965-67 под руководством В. М. Глушкова разработана первая в СССР система АСУ «Львов», внедрённая на Львовском телевизионном заводе «Электрон». В конце 1960 - начале 1970-х годов также под руководством Глушкова была создана типовая система «Кунцево», внедрённая на Кунцевском радиозаводе (г. Москва).

Расширение областей применения информационных систем задерживалось в связи с тем, что выпускавшиеся в СССР разнообразные ЭВМ были несовместимы на программном и аппаратном уровнях, а также недостаточно надёжны. Для решения этой проблемы в конце 1960-х годов руководством СССР было принято решение о замене всех отечественных разработок компьютеров среднего класса на семейство ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ, созданная государствами СЭВ и Кубой в 1968; первая модель ЕС-1020 сдана в эксплуатацию в 1971), основанных на архитектуре мейнфрейма (больших универсальных ЭВМ) IBM 360. Во 2-й половине 1970-х годов в качестве генеральной линии для мини- и микро-ЭВМ была утверждена архитектура СМ ЭВМ (Система малых ЭВМ), созданная на базе архитектуры PDP-11 компании «Digital Equipment».

В 1970-80-е годы техническую базу АСУ составляли, как правило, именно модели ЕС и СМ ЭВМ. В АСУ нового поколения в единое целое интегрировались задачи автоматизированного проектирования новых изделий (САПР), технологической подготовки производства (АСПП), автоматизации испытаний готовых изделий и автоматизации организационного управления предприятием. Комплексные АСУ были разработаны и внедрены на Ульяновском авиационном заводе, Минском тракторном заводе и др. Однако по ряду причин (прежде всего из-за недостаточной надёжности) крупномасштабное производство компьютеров серий ЕС и СМ ЭВМ не привело к массовому распространению информационных систем в организациях и на предприятиях СССР.

В начале 1990-х годов в связи с появлением в России рынка ПК происходила массовая автоматизация предприятий за счёт использования «кустарных» автономных программных бухгалтерских систем, систем управления складами и др. К середине 1990-х годов на большинстве предприятий начался переход к использованию признанных в мире архитектур информационных систем и программных средств их построения.

Огромное влияние на увеличение масштабов применения информационных систем, на их архитектуру и методы организации оказало создание и быстрое развитие технологий Интернета (смотри Поиск информации в Интернете).

Лит.: Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. К., 1995; Когаловский М. Р. Перспективные технологии информационных систем. М., 2003; Цимбал А. А., Аншина М. Л. Технологии создания распределенных систем. М. [и др.], 2003; Вендров А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. М., 2006.