Архитектура информационной системы: понятие, схемы, модели.
Ни одна современная организация не работает без системы или систем какого-либо рода, при помощи которых достигаются цели функционирования этой организации. Информационная система - это комбинация ручных и компьютерных процессов, которые решают поставленные задачи, четко и логично взаимодействуя между собой. В условиях современной конкурентной экономики, использование развитых информационных систем помогает организациям занимать лидирующие позиции в их бизнесе.
Архитектура информационных систем. Архитектура информационной системы - концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы. Проектирование архитектуры системы на высоком уровне заключается в определении компонентов ее оборудования, ПО и операций, выполняемых эксплуатирующим систему персоналом. Архитектура системы должна соответствовать требованиям, предъявляемым к системе, а также принятым проектным стандартам и методам. Проектирование архитектуры ПО включает следующие задачи (для каждого компонента ПО):
• трансформацию требований к ПО в архитектуру, определяющую на высоком уровне структуру ПО и состав его компонентов;
• разработку и документирование программных интерфейсов ПО и баз данных;
• разработку предварительной версии пользовательской документации;
• разработку и документирование предварительных требований к тестам и планам интеграции ПО. Архитектура компонентов ПО должна соответствовать требованиям, предъявляемым к ним, а также принятым проектным стандартам и методам.
Архитектура информационных систем — это широкое понятие. Оно подразумевает несколько слоев моделей — совсем как в трехсхемной архитектуре, обычно используемой в учебных курсах по базам данных. И у каждого слоя свое назначение.
На верхнем уровне — информационная модель. В ней содержатся знания о прикладной области и документируется вся информация, которая должна обрабатываться в проекте. В то время как в задании по проекту документируется широта задачи, в информационной модели документируется ее «глубина». Некоторые могут считать ее лишь техническими требованиями к проекту, а не формальной моделью. Но каким бы образом ни документировалась информационная модель, она является неотъемлемой частью архитектуры информационной системы.
Независимо от того, что представляет собой конкретная прикладная область — систему автоматизированного проектирования (САПР) или отчеты о продажах, — источником знаний о ней являются эксперты в данной области, или люди, которые работают в этой сфере. Как правило, этот контингент отличается своими странностями, неточностями определений и профессиональным жаргоном. Такие специалисты не имеют представления, как формально описать информацию, с которой каждодневно имеют дело. Задача архитектора в том, чтобы вытянуть из них эти сведения, задокументировать и формализовать их.
Как в случае с информационной моделью, так и при использовании модели данных главная задача архитектора — представить модель доступными средствами и с максимальной точностью. Например, в информационной модели проекта могут описываться всесторонние отношения наследования между различными объектами; но (по множеству причин) именно реляционная база данных является подходящей технологией реализации. SQL — это понятный выбор для модели данных, но, возможно, не самый лучший для описания наследования в информационной модели. Языки моделирования документируют результаты информационного моделирования; если один язык не позволяет охватить эти результаты, стоит перейти на какой-то другой, на котором это станет возможным.
Языков моделирования так же много, как и языков программирования, и у каждого имеются свои сторонники. Однако не всегда у архитектора есть возможность выбора, или в связи с обстоятельствами язык моделирования уже предопределен для проекта. В любом случае важно понимать, что у каждого языка есть как сильные стороны, так и ограничения. Я выбрал несколько языков, чтобы рассмотреть их подробнее.
Простой текстовый документ — простейший способ документирования модели. Не являясь формальным описанием, на деле может быть вполне удобочитаем. Этот способ может оказаться полезным для информационных моделей. Для моделей данных он менее пригоден, поскольку нет соответствующих средств реализации, позволяющих что-либо сделать с этим описанием.
Интегрированный язык описания (IDEF-0) — это более старая, основанная на схемах (диаграммах) методика, которая используется для документирования входов, выходов и средств управления. Он хорошо отражает поток данных через процессы на нескольких уровнях абстракции.
IDEF1, IDEF1X и метод анализа информации на естественных языках (NIAM — Natural language Information Analysis Method) — это основанные на схемах (диаграммах) методики, очень популярные среди части разработчиков. Как и большинство схем, они удобны для документирования базовых объектов и связей, но практически не показывают ограничений. IDEF1 предназначен для информационных моделей, а IDEF1X лучше подходит для моделей данных (прежде всего, для реляционных баз данных).
Язык моделирования EXPRESS (ISO 10303-11) мне гораздо ближе, хотя он не слишком распространен вне сообщества стандартов САПР. Он был разработан в 1980-х и 90-х годах для описания конструкций инженерных данных и хорошо подходит как для информационных моделей, так и для моделей данных. Он может охватить конструкции, связи и ограничения. В языке EXPRESS есть расширенная парадигма моделирования наследования, называемая наследованием «И/ИЛИ», которая выходит за пределы множественного наследования и позволяет совмещать типы с помощью логических операторов. Основанная на схемах (диаграммах) версия, называемая Graphical EXPRESS (EXPRESS-G), также полезна для информационных моделей, но она не способна отразить весь спектр ограничений, которые возможны в лексикографической версии.
Универсальный язык моделирования (UML — Universal Modeling Language) и язык описания интерфейса (IDL — Interface Description Language) применяются широко, и чаще всего — для моделирования интерфейсов приложений, а также иногда для моделирования данных. Существуют превосходные наборы средств для создания полезного кода на основе модели. Но если использовать их для создания информационных моделей, могут возникнуть затруднения при описании ограничений.
Язык SQL используется, конечно же, прежде всего для описания реляционных баз данных. Его поддерживает огромное число инструментальных средств. Пожалуй, это самый распространенный язык для описания моделей данных. Диаграммы сущностей и связей (ER-диаграммы) и расширенные ER-диаграммы также используются для документирования таблиц и ключевых связей между ними. Их полезность неоднозначна при описании информационных моделей, поскольку трудно описать такие понятия, как наследование, списки, множества и мультимножества, массивы или объединения, а также более сложные ограничения.
Определение типа документа (DTD — Document Type Definition) на языке XML (eXtensible Markup Language — расширяемый язык разметки) и XML-схемы пришли к нам относительно недавно. Сначала были определения типа документа на языке XML. В них описываются модели базовых объектов и данных для XML-документов. В XML-схеме могут быть описаны более сложные модели данных, кроме наследования, хотя в ней есть форма уточнения, которая имитирует одинарное наследование.
Язык описания онтологий (OWL — Web Ontology Language) берет свое начало от средств представления знаний и искусственного интеллекта. Включает богатый набор инструментов для описания связей, количества элементов и свойств. Потенциально с его помощью можно представить любую информационную модель. Однако в большинстве языков представления знаний заложена автоматизация формулирования логических выводов в определенной области. Иногда эти средства хорошо подходят для обмена информацией с людьми, а иногда — не очень.
Это лишь несколько примеров из большого числа возможных методов описания моделей. Какой бы язык или средство вы ни выбрали, помните, что у любого имеются свои сильные и слабые стороны. Отличное средство для документирования и демонстрации информационной модели может совершенно не подходить для составления и реализации модели данных.