УДК 658.012.011.56
Разработка обобщенной модели создания ИНФОРМАЦИОННОГО комплекса автоматизированных систем

В. М. Левыкин, М. С. Кудрявцева

Введение
Существующие на сегодняшний день достижения в области информационных технологий позволяют преодолеть принципиальные технические и программно-инструментальные проблемы создания корпоративных информационных систем (ИС). Современные аппаратно-программные платформы архитектуры клиент-сервер, средства для проведения распределенных параллельных вычислений и управления вычислительным процессом, методы и средства разработки программ и баз данных обеспечивают возможность создания открытых, переносимых, масштабируемых приложений и баз данных, возможность быстрой разработки приложений.
Наиболее важным этапом проектирования ИС является разработка информационного комплекса (ИК) системы. 
Для его создания необходимо понимание целей, задач и функций системы управления; анализ существующего документооборота; наличие и использование классификации и кодирования информации; создание массивов информации на машинных носителях; владение методологией разработки информационных моделей [1]. 
Информационный комплекс может быть организован в виде независимых файлов, когда каждый файл содержит множество управленческих документов, а также в виде баз данных. 
Организация ИК в виде независимых файлов приводит к избыточности и многократному дублированию данных, зависимости данных от приложений, трудоемкости корректировки информации, негибкости файловой структуры. 
Концепция баз данных (БД) основана на зависимых файлах, т.е. при создании БД файлы организуются специальным образом. В этом случае база данных представляет собой именованную совокупность структурированных данных, отображающих состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. 
Организация ИК в виде БД имеет значительные преимущества по сравнению с организацией ИК в виде независимых файлов, т.к. комплекс ориентирован на интегрированные требования и служит для удовлетворения информационных потребностей многих пользователей. В связи с этим БД позволяет в значительной степени сократить избыточность информации и тем самым сравнительно легко обеспечить поддержание целостности базы. Одним из наиболее важных преимуществ использования БД является обеспечение независимой логической организации данных от изменения параметров физической организации или типов устройств ЭВМ. Благодаря этому, облегчается создание прикладных программ и увеличивается время их жизнеспособности [2]. 
Постановка задачи исследования
Таким образом, проблема, рассматриваемая в данной статье, заключается в систематизации данных и реализации технологии концептуально-физического проектирования БД в рамках создания ИК системы, создании на ее основе обобщенного алгоритма разработки ИК и получении его обобщенной модели.
Анализ достижений и публикаций, в которых предложено решение данной проблемы
В работах [1-4] рассмотрены принципы и основные понятия организации БД, описаны особенности этапов логического и физического проектирования БД. Описана и обоснована необходимость реализации основных стадий в рамках логического проектирования, описаны основные модели данных, а также преимущества ERD-модели, которая позволяет формализовать процесс проектирования логической структуры данных и осуществлять переход к реляционной модели при помощи инструментальных средств. Проанализированы основные оценки методики физического проектирования БД, приобретающие определенный смысл применительно к типам приложений, тесно связанным с БД. 
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы, которым посвящена данная статья
Однако, итоговая схема реализации технологии концептуально-физического проектирования БД в рамках создания ИК системы в изученных источниках не была предложена. Кроме этого, в данной работе решается задача создания обобщенного алгоритма разработки ИК с использованием БД, а также задача составления его формализованного представления и описания с использованием алгебры событий.
Изложение основного материала исследования
В рамках данной статьи была предложена технология концептуально-физического проектирования БД в рамках создания ИК системы. Схема реализации технологии концептуально-физического проектирования БД при создании ИК системы представлена на рисунке 1.
	Рис. 1. Схема реализации технологии концептуально-физического проектирования БД при создании ИК системы
Технология концептуально-физического проектирования БД представляет собой реализацию двух основных этапов: логическое проектирование (в ERWin соответствует концептуальному моделированию) и физическое проектирование. Таким образом, на начальной стадии проектирования необходимо продумать логическую структуру основных информационных компонентов системы и только затем переходить к стадии физического проектирования, т.к. упущения на стадии логического проектирования необходимо будет компенсировать физическими переделками.
Этап логического проектирования включает несколько стадий. Начальная стадия – выбор способа представления взаимосвязей между объектами, на основании чего осуществляется проектирование иерархической, сетевой и ERD-модели. 
В сетевой и иерархической моделях используются жесткие физические подходы к связыванию записей из разных файлов путем применения физических указателей или адреса на диске, поэтому такие БД существенно затрудняют и ограничивают операции над данными. Кроме того, иерархические и сетевые БД весьма чувствительны к аппаратным изменениям: перенос данных с одного накопителя на другой приводит к необходимости изменения адреса в связях записей на новые. Поэтому такие модели чувствительны к реструктуризации БД [3]. 
ERD-модель позволяет формализовать процесс проектирования логической структуры данных за счет моделирования взаимосвязей между объектами. На основании ERD-модели при помощи CASE-средств ERWin или Power Designer осуществляется переход к реляционной модели, которая основана на логических отношениях данных. В реляционной модели все данные представляются как множество индивидуальных объектов, обладающих свойствами (атрибутами), между объектами определяются функциональные связи. Каждая строка реляционной таблицы описывает один экземпляр некоторого объекта, причем набор атрибутов каждого экземпляра постоянен. Реляционная модель породила все современные известные СУБД. Таким образом, в области организации БД реляционная модель занимает доминирующее положение [4]. 
Для повышения уровня структурной организации приближенной реляционной модели осуществляется ее нормализация.
Методика физического проектирования БД и настройки параметров, определяющих ее производительность, включает формирование количественных оценок. Для БД в этой области существует два вида наборов количественных оценок, применяемые для анализа транзакций и для анализа объемов. Данные оценки приобретают определенный смысл применительно к типам приложений, тесно связанным с базами данных (OLTP – системы оперативной обработки транзакций, OLAP – системы оперативного анализа, DSS – системы поддержки принятия решений, VCDB – базы данных с переменной структурой, пакетные системы).
При необходимости, например, в случае нехватки свободного пространства на дисках и при отсутствии возможности их приобретения, осуществляется денормализация или кластеризация данных реляционной модели. Затем, в рамках физического проектирования, осуществляется определение архитектуры БД. Существует три основные схемы организации архитектуры баз данных: локальная БД, центральная БД, распределенная БД. Основным критерием выбора является территориальная структура объекта. В зависимости от архитектуры БД осуществляется выбор запоминающих устройств, оперативной памяти, процессора, платформы, проектирование структуры сети, компоновка технических средств и непосредственно формирование баз данных.
На основании предложенной технологии (рис. 1) был спроектирован обобщенный алгоритм разработки информационного комплекса системы с использованием БД, схема которого представлена на рисунке 2.
Разработанный алгоритм представляет собой предписание исполнителю совершить определенную последовательность действий для создания ИК системы с использованием БД от определения множества функций и построения DFD-модели до определения архитектуры БД.
Разработка алгоритма позволяет отразить логику создания ИК и охватить процесс его проектирования в целом. 
	Рис. 2. Схема обобщенного алгоритма разработки информационного комплекса системы с использованием БД

Рис. 2 (продолжение). Схема обобщенного алгоритма разработки информационного комплекса системы с использованием БД
Полученный алгоритм был формализован с использованием метода регулярного выражения алгоритма (РВА). Под РВА понимается алгебраическая запись алгоритма в виде регулярного выражения с использованием алгебры событий. 
Целесообразность применения данного метода объясняется необходимостью формализации переходов при использовании условных и безусловных конструкций,  т.е. речь идет о ситуационной разработке. Поэтому в процессе моделирования такого комплекса необходимо использовать ситуационные средства, к которым относится РВА.
Получение данного регулярного выражения осуществляется при помощи равносильных преобразований алгоритмов, т. е. формальных преобразований, позволяющих переводить заданный алгоритм в эквивалентный, и алгебры событий, позволяющей описать предложенный алгоритм. 
Для этого алгоритм, изначально представленный в виде граф-схемы, приводится к схеме инверсного графа. Вершинам инверсного графа соответствуют адреса операторов, а ребрам – линейные операторы, а также условные и безусловные переходы алгоритма. Таким образом, обозначение в данном графе не зависят от вида алгоритма, что обеспечивает возможность его задания в виде последовательности возможных условий перехода и линейных операторов, объединенных операциями алгебры событий.
Для более четкого описания алгоритмов используется несколько  конструкций регулярных выражений: условным и линейным операторам алгоритма в РВА соответствуют переменные; последовательности операторов – операция их конкатенации; параллельным ветвям алгоритма – операция дизъюнкции переменных. Условные операторы алгоритма указываются в квадратных скобках для того, чтобы отличить их от линейных операторов, при этом  условный оператор [а=bk]  соответствует событию Al, которое возникает при выборе варианта bk. Цикл с предусловием обозначается как [a=1]{[a=0](Al)}, где  [a=1] – истинное условие, [a=0]  –  ложное условие [4]. 
Обобщенная модель алгоритма создания информационного комплекса системы с использованием БД приведена ниже:

F = A1·A2·([a1=b1]·A3·A9·A10  [a1=b2]·A4·A9·A10  
  [a1=b3]·A5·A6·A7·A8··A9·A10 {[a2=0]  [a2=1]·([a3=1]·A11  [a3=0]·A12)})·A13· [a4=1]·([a5=1]·A14  [a5=0]·A15)  
 [a4=0]·A16·A17

где:
Am – процессы, m=1..17; 
an – условия, n=1..5; 
bp – варианты выбора решения, p=1..3
Выводы из данного исследования 
Таким образом, был описан наиболее важный этап проектирования ИС – разработка информационного комплекса системы, предложена технология концептуально-физического проектирования БД в рамках создания ИК, на основании которой предложен обобщенный алгоритм разработки информационного комплекса системы. Полученный алгоритм показывает поэтапное разбиение процесса построения информационного комплекса на отдельные последовательные шаги. На основании данного алгоритма возможно осуществление разработки программного и технического комплексов системы. Полученная обобщенная модель алгоритма позволяет корректно описать его элементы, по отношению к которым неприменимо строгое функциональное описание, а также дает возможность оперировать процессом разработки ИК системы как единым целым, состоящим из отдельных согласованных элементов, оперативно варьируя при этом условия и параметры разработки комплекса. 

Литература

1 Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: «Финансы и статистика», 1991, – 670c. 
2 Ролланд Ф.Д. Основные концепции баз данных. М.:«Вильямс», 2002, 256с.
3 Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. М.:«Вильямс», 1999, – 848с.
4 Пэйдж В. Дж. Использование Oracle 8/8i. М.:«Вильямс», 2000, – 1022с.
5 Чижухин Г.Н., Кулагин О.В. Синтез алгоритмов программ регулярными выражениями алгебры событий. // Электронный научный журнал «Системотехника», 2003, №1