- •Предисловие
- •1. Основы информационного обеспечения процессов и систем
- •1.1. Понятие и содержание информационного обеспечения
- •1.2. Структура и классификация информационных систем
- •1.3. Система представления и обработки данных фактографических аис
- •Вопросы и упражнения
- •2. Системы управления базами данных фактографических информационных систем
- •2.1. Функции, классификация и структура субд
- •2.2. Модели организации данных
- •2.2.1. Иерархическая и сетевая модели организации данных
- •2.2.2. Реляционная модель организации данных
- •2.3. Внутренняя схема баз данных фактографических аис
- •2.3.1. Физические структуры данных
- •2.3.2. Индексирование данных
- •2.3.3. Расстановка (хеширование) записей
- •Вопросы и упражнения
- •3. Основы создания автоматизированных информационных систем
- •3.1. Общие положения по созданию автоматизированных систем
- •3.2. Проектирование банков данных фактографических аис
- •3.2.1. Концептуальное проектирование
- •3.2.2. Проектирование схем реляционных баз данных
- •3.2.2.1. Проектирование и создание таблиц
- •3.2.2.2. Нормализация таблиц
- •Вопросы и упражнения
- •4. Ввод, обработка и вывод данных в фактографических аис
- •4.1. Языки баз данных
- •4.2. Ввод, загрузка и редактирование данных
- •4.2.1. Ввод и редактирование данных в реляционных субд
- •4.2.2. Особенности ввода и загрузки данных в субд с сетевой моделью организации данных
- •4.3. Обработка данных
- •4.3.1. Поиск, фильтрация и сортировка данных
- •4.3.2. Запросы в реляционных субд
- •4.3.2.1. Запросы на выборку данных
- •4.3.2.1.1. Запросы на выборку данных из одной таблицы
- •4.3.2.1.2. Запросы на выборку данных из нескольких таблиц
- •4.3.2.1.3. Вычисления и групповые операции в запросах
- •4.3.2.2. Запросы на изменение данных
- •4.3.2.3. Управляющие запросы
- •4.3.2.4. Подчиненные (сложные) запросы
- •4.3.2.5. Оптимизация запросов
- •4.3.3. Процедуры, правила (триггеры) и события в базах данных
- •4.3.4. Особенности обработки данных в субд с сетевой моделью организации данных
- •4.4. Вывод данных
- •Вопросы и упражнения
- •5. Распределенные информационные системы
- •5.1. Понятие распределенных информационных систем, принципы их создания и функционирования
- •5.2. Технологии и модели «Клиент-сервер»
- •5.2.1. Модель файлового сервера
- •5.2.2. Модель удаленного доступа к данным
- •5.2.3. Модель сервера базы данных
- •5.2.4. Модель сервера приложений
- •5.2.5. Мониторы транзакций
- •5.3. Технологии объектного связывания данных
- •5.4. Технологии реплицирования данных
- •Вопросы и упражнения
- •6. Документальные информационные системы
- •6.1. Общая характеристика и виды документальных информационных систем
- •6.2. Информационно-поисковые каталоги и тезаурусы
- •6.2.1. Классификационные системы поиска документов
- •6.2.2. Координация понятий в классификационных системах
- •6.2.3. Информационно-поисковые тезаурусы
- •6.2.4. Автоматизация индексирования документов
- •6.3. Полнотекстовые информационно-поисковые системы
- •6.3.1. Информационно-технологическая структура полнотекстовых ипс
- •6.3.2. Механизмы поиска документов в полнотекстовых ипс
- •6.3.3. Методы количественной оценки релевантности документов
- •6.4. Гипертекстовые информационно-поисковые системы
- •6.4.1. Гипертекст
- •6.4.2. Структура, принципы построения и использования гипертекстовых ипс
- •6.4.3. Модель организации данных в гипертекстовых ипс
- •6.4.4. Формирование связей документов в гипертекстовых ипс
- •Вопросы и упражнения
- •7. Администрирование информационных систем и защита данных
- •7.1. Администрирование информационных систем
- •7.2. Разграничение доступа и защита данных
- •7.2.1. Понятие и модели безопасности данных
- •7.2.2. Технологические аспекты защиты информации
- •7.2.2.1. Идентификация и аутентификация
- •7.2.2.2. Языки безопасности баз данных
- •7.2.2.3. Безопасность повторного использования объектов
- •7.2.2.4. Надежное проектирование и администрирование
- •7.2.3. Требования и классы защищенности автоматизированных (информационных) систем в «Руководящих документах...» Государственной технической комиссии при Президенте рф
- •Вопросы и упражнения
- •Литература
- •Алфавитно-предметный указатель Содержание
УДК 681.3.06
ББК 32.973.2
Г38
Гайдамакин Н. А.
Г38 Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. Вводный курс: Учебное пособие. — М.: Гелиос АРВ, 2002. — 368 с., ил.
ISBN 5-85438-035-8
Учебное пособие содержит сведения по автоматизированным информационным системам и лежащим в основе их создания и функционирования системам управления базами данных.
Рассматриваются структура и классификация автоматизированных информационных систем и СУБД, модели организации данных в фактографических СУБД, основы концептуального проектирования банков данных фактографических систем и схемно-структурного проектирования реляционных баз данных. Представлен материал по основам и технологиям построения распределенных и многопользовательских информационных систем.
Для студентов вузов и слушателей институтов повышения квалификации, изучающих курсы по теории информационных систем, баз и банков данных, информационного поиска, а также для специалистов, занимающихся информационным обеспечением деятельности предприятий и организаций.
УДК 681.3.06
ББК 32.973.2
ISBN 5-85438-035-8 © Гайдамакин Н. А., 2002
© Оформление. Шачек Е. С., 2002
Предисловие
Характерной чертой нашего времени являются интенсивно развивающиеся процессы информатизации практически во всех сферах человеческой деятельности. Они привели к формированию новой информационной инфраструктуры, которая связана с новым типом общественных отношений (информационные отношения), с новой реальностью (виртуальной реальностью), с новыми информационными технологиями различных видов деятельности. Сердцевиной современных информационных технологий являются автоматизированные информационные системы (АИС), создание, функционирование и использование которых привело к возникновению специфических понятий, категорий, приемов и навыков.
В настоящее время изучение дисциплин, связанных с автоматизированными информационными системами (АИС), является обязательным элементом подготовки специалистов в самых разнообразных областях деятельности.
Вместе с тем анализ отечественной и переводной учебной литературы по тематике АИС, баз и банков данных показывает ее расслоение по нескольким, независимо развивающимся, направлениям.
Первое направление, которое условно можно назвать «программистским», связано с системами управления базами данных (СУБД) фактографических АИС и представлено рядом классических учебных изданий, по которым на протяжении последних двадцати лет осуществляется подготовка специалистов по программированию, разработке и эксплуатации средств вычислительной техники. К числу подобных работ относится энциклопедическое издание одного из основоположников теории баз данных, известного американского специалиста, К. Дейта «Введение в системы баз данных», выдержавшее с момента своего первого выхода более шести изданий. В этом же ряду находится книга еще одного известного американского специалиста А. Саймона «Стратегические технологии баз данных».
В отечественной литературе данное направление представлено рядом фундаментальных изданий, среди которых можно упомянуть работы: Л. А. Овчарова, С. Н. Селеткова «Автоматизированные банки данных», В. В. Бойко, В. М. Савинкова «Проектирование баз данных информационных систем», а также более современные учебные курсы по системам управления базами данных известных отечественных специалистов С. Д. Кузнецова «Введение в СУБД» и Г. М. Ладыженского «Системы управления базами данных — коротко о главном».
Особенностью перечисленных выше изданий является их математико-программистская направленность, что формирует определенные требования к исходной подготовке обучаемых.
Второе направление — просветительское — обусловлено процессами так называемого реинжиниринга (переустройство бизнеспроцессов на предприятиях и в организациях на основе новых информационных технологий), активно развившегося в 90-е годы и ориентированного на различные категории управленческих работников (менеджеров). Особенностью работ данного направления является «популяризаторское» изложение материала в отношении основ, устройства и функционирования баз данных и СУБД. Наиболее интересной в этом плане можно назвать книгу Д. Васкевича «Стратегии Клиент/Сервер. Руководство по выживанию для специалистов по реорганизации бизнеса».
Третье направление — библиотечное — относится к области документальных информационных систем, являющихся современным инструментом документального информационного поиска, традиционно рассматриваемого в контексте библиотечно-информационной сферы. Здесь можно упомянуть ряд известных изданий, в частности работы: Дж. Солтона «Динамические библиотечно-информационные системы», Ф. У. Ланкастера «Информационно-поисковые системы», А. И. Черного «Введение в теорию информационного поиска», А. В. Соколова «Информационно-поисковые системы». Вероятно, ввиду гораздо более ранней, чем у компьютерных систем, предыстории библиотечно-информационной сферы, это направление развивалось практически до 90-х годов отдельно от фактографических АИС. В результате, документальные АИС, несмотря на общую с фактографическими системами природу практически никогда не рассматривались с ними в одной работе.
Последние тенденции в развитии АИС, баз данных и СУБД проявляют признаки конвергенции фактографического и документального направления, что предопределяет изучение предметной сферы АИС в рамках единой идеологии и единых подходов.
Еще одним мотивом для создания данного учебного пособия послужили наблюдения по контингенту специалистов, участвующих в создании и эксплуатации АИС.
Массовая компьютеризация и персонализация компьютерной техники во второй половине 80-х годов, внедрение АИС в деятельность не только крупных, средних, но и мелких предприятий потребовало большого количества специалистов, способных такие системы разрабатывать. В результате, в сферу создания и эксплуатации (администрирования) АИС пришел большой отряд специалистов из смежных областей, прежде всего разработчиков программного обеспечения так называемых прикладных программистов. Обладая навыками программирования и знанием языков программирования высокого уровня, во многих случаях специалисты данной категории слабо или вовсе не представляют системологических основ АИС, а также многих других аспектов предназначения и функций баз данных. Поэтому создание АИС зачастую рассматривается в узком смысле создания базы данных и разработки примитивного интерфейса для работы с ней. Подобный технократический подход не может обеспечить должный уровень, качество и эффективность разрабатываемых АИС.
Целью создания представляемого учебного пособия является системное изложение всех аспектов тематики АИС, которое соединяет, хотя бы в рамках вводного и краткого курса, основы учебного материала первого, второго и третьего направлений учебных изданий, касающихся АИС.
Пособие состоит из семи глав.
Первая глава посвящена основам информационного обеспечения различных процессов и систем, понятиям, функциям, структуре и классификации информационных систем, системам представления данных в фактографических АИС.
Во второй главе рассматриваются функции и внутреннее устройство систем управления базами данных фактографических АИС, классические модели организации данных (иерархическая, сетевая и реляционная). Изложение реляционной модели в части манипуляционной составляющей сопровождается примерами операций над данными. Большая часть второй главы посвящена внутренней схеме баз данных, структурам физической организации данных с рассмотрением также и таких основополагающих аспектов организации и функционирования баз данных, как индексирование и хеширование записей.
Третья глава посвящена основам создания АИС. Приводятся материалы нормативных документов (ГОСТов), регламентирующих организацию и содержание работ по созданию АИС, рассматриваются понятие и сущность технического задания. Излагаются также основы проектирования центрального компонента АИС — банка данных, с описанием этапов концептуального и схемно-структурного проектирования. Описывается сущность процессов нормализации таблиц из классической теории реляционной модели данных. Как и во всем пособии, все операции над данными иллюстрируются примерами. В силу вводного характера пособия важная часть теории и практики проектирования баз данных, связанная с CASE-технологиями, затрагивается только в постановочном плане.
Четвертая глава, занимающая центральное место в работе, рассматривает комплекс вопросов, связанных с вводом, обработкой и выводом данных в фактографических АИС. Структура и направленность изложения материала обусловлены логикой и характером информационных задач, решаемых или обеспечиваемых процессами и процедурами обработки данных в отличие от программистского подхода в учебных работах первого направления. Подробно рассмотрены как простейшие вопросы, связанные с просмотром, поиском и фильтрацией табличных данных, так и вопросы классификации, содержания, в том числе программное выражение на языке SQLи оптимизация запросов по обработке данных в реляционных СУБД. Вводятся также другие смежные понятия и процедуры, связанные с событийной техникой обработки данных, формами и отчетами по результатам обработки и вывода данных. Приведены редко рассматриваемые в учебной литературе особенности обработки, и в частности навигации, по связанным записям в АИС с сетевой моделью организации данных.
Пятая глава посвящена теоретическим основам и технологиям построения распределенных АИС. Представлены технологии и модели «Клиент-серверных» систем, в том числе с рассмотрением основ реализации мониторов транзакций. Глава содержит также излагаемые практически только в руководствах по СУБД сведения по технологиям объектного связывания и репликации данных.
Одной из особенностей пособия является изложение в шестой главе в идеологии единого представления с фактографическими системами основ построения и функционирования документальных информационных систем (ИПС). Рассматриваются теоретические основы документального информационного поиска, классификация и особенности разновидностей информационно-поисковых документальных систем. Представлен материал по широко применяемым в настоящее время информационно-поисковым каталогам и тезаурусам, полнотекстовым и гипертекстовым ИПС, моделям организации и особенностям обработки данных, лежащим в основе полнотекстовых и гипертекстовых ИПС.
Заключительная седьмая глава охватывает вопросы администрирования и защиты данных в АИС. Рассматриваются основные функции и задачи, решаемые администраторами баз данных, политики и модели безопасности (разграничения доступа) в СУБД, технологические аспекты реализации моделей безопасности, в том числе технологии «представлений» и другие конструкции языка SQL,обеспечивающие построение и управление системой разграничения доступа в АИС. Приведены также необходимые в минимальном объеме сведения по классификации уровней защищенности информации в автоматизированных системах по Руководящим документам Гостехкомиссии России.
Автор выражает благодарность тем людям, без помощи и поддержки которых создание пособия со столь разноплановым материалом было бы вряд ли возможным. Прежде всего хотелось бы выразить признательность за советы и критические замечания известному специалисту в области документального информационного поиска Д. Я. Шараеву, а также коллегам по работе О. Н. Соболеву, С. А. Необутову, С. Н. Смирнову, А. П. Коваленко и отдельно О. В. Безусовой, принявшей на себя тяготы редактирования первоначального варианта рукописи. Автор также признателен заведующему кафедрой вычислительной техники УГТУ-УПИ С. Л. Гольдштейну и его сотрудникам, в частности Т. Я. Ткаченко, а также заведующему сектором информационных систем ИММ УрО РАН И. А. Хохлову за рецензирование первоначального варианта пособия.