35500

Основы построения автоматизированных информационных систем

Конспект

Информатика, кибернетика и программирование

СУБД как основная часть АИС. Информационное обеспечение АИС. Математическое обеспечение АИС. Техническое обеспечение АИС. АИС – аппаратно- программный комплекс, предназначенный для решения задач по хранению, обработку, поиску информации.

Русский

2013-09-15

169.5 KB

61 чел.

Конспект по предмету:

«Основы построения автоматизированных информационных систем»

Содержание:

Общие сведения.

СУБД как основная часть АИС.

Определение структуры БД. Определение группировки таблиц и их структуры.

Модель статистической экспертной системы.

Примеры разработки нейрона.

Информационное обеспечение АИС.

Математическое обеспечение АИС.

Техническое обеспечение АИС.

Программное обеспечение АИС.

Задачи, решаемые АИС. Задачи оптимизации.

Задачи о планирование перевозок.


Общие сведения.

АИС – аппаратно- программный комплекс, предназначенный для решения задач по хранению, обработку, поиску информации.

Функции АИС:

  1.  Хранение:

-обеспечение безопасного хранения;

-обеспечение доступа (разрешение и ограничение доступа);

-обеспечение целостности хранимой информации.

  1.  Обработка:

-статистическая обработка – подсчет количества записей, удовлетворяющих условию (процентное соотношение);

-математическая обработка – вычисления производных значений.

  1.  Поиск – отбор данных, удовлетворяющих поставленному условию.

Аппаратная часть АИС.

  1.  Устройства хранения информации.
  2.  Обеспечение сохранности данных – средства резервного копирования, RIDE массивы. Аппаратные средства защиты – аппаратные антивирусы.
  3.  Ограничение доступа – аппаратно- сетевые экраны, системы идентификации пользователей.
  4.  Обеспечение целостности и бесперебойной работы – устройства бесперебойного питания, независимые источники электроэнергии.

Программная часть АИС.

Основная часть – база данных. Современные АИС строятся, как оболочка базы данных. Наиболее перспективное использование СУБД (система управления БД).

Построение АИС.

Этапы построения АИС:

  1.  Определение цели создания АИС, определение примерных объемов хранимой информации.
  2.  Определение функций АИС:

- определение структуры хранимой информации;

- определение формы и состава поисковых запросов;

- определение необходимой статистической и математической обработки;

- определение пользователей.

  1.  Определение требований по безопасности и надежности АС
  2.  Определение состава технических средств
  3.  Выбор средств разработки (выбор СУБД)
  4.  Уточнение структуры БД:

- уточнение количества таблиц и их структуры;

- уточнение связей между таблицами;

  1.  Программирование.
  2.  Ввод данных в БД.
  3.  Тестирование.
  4.  Эксплуатация, поддержка.

                                   Пример разработки АИС.

  1.  Цель
  2.  Функции
  3.  Структура БД

Цель – хранение и обработка информации о студенте колледжа.

Функции:

  1.  Определение количества студентов
  2.  Количество по отделениям
  3.  По группам
  4.  По специальности
  5.  По полу
  6.  По возрастным группам
  7.  По успеваемости:
  8.  по подразделениям
  9.  студента
  10.  статистика по баллам
  11.  Дата поступления

Определение структуры БД – при определении таблиц возможно создание БД, состоящая из одной таблицы, но количество полей в таблице должно позволять выполнение всех запросов.

поле

тип

размер

1

№студенческого билета

текстовый

6

2

ФИО

текстовый

60

3

Отделение

текстовый

60

4

Специальность

текстовый

25

5

Группа

числовой

3

6

Пол

текстовый

1

7

Дата рождения

дата/время

8

8

Средний балл

числовой

REAL

9

Дата поступления

дата/время

8

Разработка структуры БД является определяющим этапом для дальнейшей работы над АИС.

Определение объемов информации. Длина одной записи 177байт. Предполагает количество записей равное числу студентов + резерв. Обычный резерв предполагает 50% от  количества, то есть если количество студентов 400 человек, то БД рассчитывает- 600 записей. Общий объем БД – 177*600=106200байт.


СУБД как основная часть АИС.

Так как СУБД позволяет решать большую часть задач, стоящих перед АИС она является основной частью информационной системы. Задачи по статистической и математической обработке могут решаться средствами СУБД. Значит, при разработке АИС основное внимание следует уделить структуре БД. При разработки структуры:

  1.  Необходимо учесть все возможные запросы к БД.
  2.  Определить уровни группировки записей. Уровни группировки определяют состав и структуру справочной БД и связей между ними. Разработку структуры удобно начинать с верхнего уровня группировки.

Определение структуры БД. Определение группировки таблиц и их структуры.

Общая структура БД определяется по решаемым АИС задачам. По запросам, которая должна выполнять БД, а также по отчетам.

Классификация автоматизированных систем.

  1.  По масштабу (по объему информации)- маленькие, средние, большие.
  2.  По способу обработки информации (по цели разработки):
  3.  поисковая система;
  4.  справочные системы;
  5.  экспертные системы – программа, позволяющая разрабатывать рекомендации по решение поставленной задачи.

Экспертные системы базируются на:

  1.  статистической информации
  2.  на системе искусственного интеллекта (нейронных сетях).

Нейронные сети – основаны на понятии «нейрон».

Нейрон – устройство, имеющее набор входных сигналов, набор выходных сигналов. Начальное состояние нейрона - «необученность».

Обучение – определение взаимосвязи между входным и выходным сигналом.

Пример: металл красного цвета – горячий, опасно!


Модель статистической экспертной системы.

  1.  Основные идеи:
  2.  наличие базы возможных вариантов решения;
  3.  наличие базы выборов решений;
  4.  анализ возможных решений – выбор решения с наибольшим количеством выборов, наименьшим количеством выбора.
  5.  Структуры программы

Программы из двух частей:

  1.  набор статистических выборов;
  2.  анализ (рекомендации).

Части программы будем делать в виде процедур. Для разработки выбираем  структурный подход.

  1.  Программа. Предварительные рассуждения:
  2.  постановка задач: «Выбор пути эвакуации из колледжа»;
  3.  варианты решений:
  •  окно;
  •  дверь вправо;
  •  дверь влево;
  •  остаться.

PROGRAM EXPERTEVAG;

VAR V1, V2, V3, V4: BYTE;

PROCEDURE STAT;

VAR CHOIS: BYTE;

BEGIN

REPEAT

WRITELN (‘1 – ОКНО’);

WRITELN (‘2 – ДВЕРЬ НА ЛЕВО’);

WRITELN (‘3 – ДВЕРЬ ВПРАВО’);

WRITELN (‘4 – ОСТАТЬСЯ’);

WRITELN (‘0 – ЗАВЕРШЕНИЕ ОТБОРА’);

WRITELN (‘ВЫБЕРИТЕ ОДНО ИЗ ДЕЙСТВИЙ'); READLN (CHOTS);

CASE CHOIS OF

1: INC (V1); 2: INC (V2); 3: INC (V3); 4: INC (V4);

END; UNTIL CHOIS = 0; END;

Анализ должен был содержать выбор наибольшего и наименьшего значения из v1-v4, но мы просто выводим на экран все 4 значения.

PROCEDURE RESULT;

BEGIN

WRITELN (‘1 – ОКНО ВЫБРАЛО’, V1);

WRITELN (‘2 – ДВЕРЬ ВПРАВО ВЫБРАЛО’, V2);

WRITELN (‘3 –ДВЕРЬ ВЛЕВО ВЫБРАЛО’, V3);

WRITELN (‘4 –ОСТАТЬСЯ ВЫБРАЛО’, V4);

END;

VAR CHOIS: BYTE;

BEGIN

REPEAT

WRITELN (‘1 – НАБОР СТАТИСТИКИ-’);

WRITELN (‘2 – АНАЛИЗ’);

WRITELN (‘0 – EXIT’);

READLN (CHOIS);

CASE CHOIS OF

1: STAT; 2: RESULT;

END;

UNTIL CHOTS=0;

WRITELN (‘НАЖМИТЕ ENTER');

READLN;

END.

Примеры разработки нейрона.

  1.  Общие сведения:

Нейрон – нервная клетка, которая имеет несколько «входов» –  синапсов и «выходов» – сигналов.

Работа нейрона – анализ соотношения входных положительных и отрицательных сигналов, получение выходного сигнала. Значение выходного сигнала не постоянная величина. Она зависит от «обучения» нейрона.

«Обучение» – определение связи между входными и выходными синапсами.

  1.  Теоретическое рассуждение
  2.  Так как нейрон – объект физического мира, то для описания нейрона будем использовать ООП.
  3.  Определения свойства типа данных нейрон:
    •  синапсы – входящие – 2шт.
    •  синапсы – выходные – 4шт. - ответы
    •  вопросы – 2шт. – строковые

Методы:

  •  определение вопросов и ответов
    •  обучение
    •  работа
  1.  Разработка типа данных

TYPE TNEIRON= OBJECT

SIN1, SIN2: BOOLEAN;

QUE1, QUE2: STRING;

ANS1, ANS2, ANS3, ANS4: STRING;

PROCEDURE SETQUE;

PROCEDURE STUDU;

FUNCTION RESULT: STRING;

END;

PROCEDURE TNEIRON.SETQUE;

BEGIN

WRITE (‘1-Й ВОПРОС=?’); READLN (QUE1);

WRITE (‘2-Й ВОПРОС=?’); READLN (QUE2);

END;

PROCEDURE TNEIRON.STADY;

BEGIN

WRITE (QUE1,’ N ‘, QUE2,’ N ‘); READLN (ANS1);

WRITE (QUE1,’ N ‘, QUE2,’ Y ‘); READLN (ANS2);

WRITE (QUE1,’ Y ‘, QUE2,’ N ‘); READLN (ANS3);

WRITE (QUE1,’ Y ‘, QUE2,’ Y ‘); READLN (ANS4);

FUNCTION TNEIRON.RESULT: STRING;

BEGIN

IF SIN1 AND SIN2 THEN RESULT: = ANS4;

IF NOT (SIN1) AND SIN2 THEN RESULT: = ANS2;

IF SIN1 AND NOT (SIN2) THEN RESULT: = ANS3;

IF NOT (SIN2) AND NOT (SIN1) THEN RESULT: = ANS1;

END;

VAR NEI: TNEIRON; CH: BYTE;

BEGIN

NEI.SETGUE;

NEI.STUDY;

NEI.SIN1:=FALSE;

WRITE (NEI.QUE1,’1-Y/2-N’);

READLN (CH);

NEI.SIN1:=CH=1;

NEI.SIN2:=FALSE;

WRITELN (NEI.QUE2,’1-Y/2-N’);

READLN (CH);

NEI.SIN2:=CH=1;

WRITELN (NEI.RESULT);

END.

Информационное обеспечение АИС.

Задачи, решаемые информационным обеспечением:

  1.  накопление;
  2.  обмен информацией;
  3.  обработка;
  4.  управление данными;
  5.  формализация данных – приведение исходных данных к стандартным формам.
  6.  Виды информационного обеспечения:

Внешние:

- система классификации;

- нормативные документы;

- оперативные документы;

- металлический материал.

Машинное:

- информационные массивы;

- программные пакеты.

Система классификации - математическая система кодирования информации, которая позволяет однозначно определять записи в БД.

Классификатор может использоваться в качестве «ключа» или индекса массива.

Способы классификации:

  1.  Порядковый – каждая запись номеруется натуральным числом. Длина (количество значащих цифр) определяется общим количеством записи в БД (+ резерв).

Обычно используется для классификации однотипных, не группированных данных  (счетчик).

  1.  Серийная система - среди записей выделяются группы (серии) в которых записи кодируются порядковой системой. При использовании серийной системы классификаторы делятся на две части (серия/номер). Общая длина классификатора определяется количеством серий, максимальным количеством записей в одной серии.

Пример: 25серий, в каждой серии максимально 100 записей. Общая длина(25.100).

  1.  Позиционная система кодирования – записи делятся на группы, классификатор составляется из кодов отдельных групп.

Математическое обеспечение АИС.

Задачи математического обеспечения:

  1.  Математическая формализация задачи – запись задачи в виде математических формул, соотношений условий и т.д.
  2.  Определение математического аппарата для обработки данных.
  3.  Построение математических моделей информационной системы.

Математическая модель- описание характеристики свойств, решаемой задачи в виде математических формул.

Примером математического обеспечения может служить математическая модель формирования кода.

  1.  Порядок переменной глобальной INC(код)
  2.  Серийная группа/номер:
  3.  тип переменной – строка;
  4.  выбор серий - формирование 1-ой части кода;
  5.  каждая серия хранит отдельный счетчик;
  6.  каждые серии создают массив с возможным номером серии;
  7.  прибавить к серии номер.
  8.  
    Позиционная:
  9.  строковый код;
  10.  аналогична серийной системе. Оператор имеет возможность выбирать номер позиции из списка возможных;
  11.   последняя позиция должна служить для определения уникальности кода, то есть для последней позиции необходимо формировать массив возможных индексов. В нем отличать свободные и занятые.

Модель формирования серийных кодов.

Разработать программу для формирования кодов по серийной системе (количество серий – 5, количество записей в серии – 100), предусматривает систему контроля – код должен быть уникален. Сформировать n кодов.

PROGRAM SERIA;

VAR N, SER, NOM, VYB: BYTE; KOD: INTEGER;

ISP: ARRAY [0..100] OF BOOLEAN; I: BYTE;

BEGIN

FOR I: = 0 TO 100 DO

ISP [I]:=TRUE;

WRITELN (‘КОЛИЧЕСТВО ЗАПИСЕЙ=?’); READLN (N);

FOR I: = 1 TO N DO BEGIN

REPEAT

WRITELN (‘1- СЕРИЯ 1’); WRITELN (‘2- СЕРИЯ 2’); WRITELN (‘3- СЕРИЯ 3’);

WRITELN (‘4- СЕРИЯ 4’); WRITELN (‘5- СЕРИЯ 5’);

READLN (VYB);

UNTIL VYB IN [1..5];

CASE VYB OF

1: SER: =1; 2: SER: =2; 3: SER: =3; 4: SER: =4; 5: SER: =5;

END;

KOD: =SER*1000;

WRITELN (‘НАЧАЛА КОДА=’, KOD);

REPEAT

WRITE (‘НОМЕР ЗАПИСИ=’); READLN (NOM);

UNTIL ISP [NOM] = TRUE;

ISP [NOM]:= FALSE;

KOD: = KOD+NOM;

WRITELN (‘КОД ЗАПИСИ N’, I, ‘=’, KOD); END; END.

Техническое обеспечение АИС.

  1.  Устройства хранения, устройства обработки информации:
  2.  Устройства хранения – банки данных (специализированные ПК, предназначенные для хранения больших объемов информации). Обычно устройства хранения организованны в виде Raid массивов.

Raid массив - объединение жестких дисков с целью увеличения общего объема скорости записи, надежности хранения.

=  Raid уровня 0 (два диска в один)

 

 Raid уровня 1 (быстрота чтения)

     

 

                                         =          -2             Raid уровня 2 (зеркальность, надежность) 

            Raid уровня 3               

 

  1.  Устройства обработки информации – высокопроизводительный ПК.
  2.  Безопасность:
  3.  электробезопасность: заземление, фильтрация помех, предохранение от бросков напряжения;
  4.  бесперебойное питание;
  5.  система сигнализации (пожарная, охранная);
  6.  система предотвращения несанкционированного доступа:

- электронные ключи;

- биометрические системы;

  1.  системы обеспечения сохранности информации – резервное копирование;
  2.  система защиты информации – антивирусы, сетевые экраны, размещаемые на технических устройствах;
  3.  средства связи – средства передачи информации:

- сетевые платы;

-модемы;

-маршрутизаторы.

Программное обеспечение АИС.

  1.   По общему назначению
  2.  ОС – надежность, работа в сети, определение прав пользователей;
  3.  Средства безопасности (антивирусы).
  4.   Специализированные программы
  5.  СУБД – так как АИС является оболочкой для БД;
  6.  Средства обеспечения безопасности БД – шифрование, резервное копирование;
  7.  Экспертные системы.

Система шифрования – специальная программа позволяющая преобразовать исходные данные по какому-либо правилу. Преобразование должно быть взаимнооднозначным, то есть шифрованная информация = f (исходная информация),

исходная информация = f1 (шифрованная информация).

Система резервного копирования – программы, обеспечивающие архивацию и сохранение исходных данных для последующего восстановления. Сохраненные данные обычно хранятся на внешних носителях.

Задачи, решаемые АИС. Задачи оптимизации.

  1.  Получение максимального эффекта
  2.  Минимизация расходов


Пример№1: Максимум

Производство: 1прод.- видеокарта     2прод.- звуковая карта                 затраты

Стоимость             Х1                                    Х2

  1.  Количество    не менее Y1                не менее Y2

     2)   Определение целевой функции – получение формулы определения прибыли

Прибыль количество1*Х1+количество2*Х2

  1.  Определение ограничений

Х1>=Y1, X2>=Y2, З1+З2<= затраты

Поиск решения задачи можно делать с помощью Excel (функция поиск решения) и с помощью любого языка программирования.

Порядок работы в Excel:

  1.  Ввод исходных данных
  2.  Ввод ограничений
  3.  Определить целевую функцию
  4.  Сервис – поиск решений
  5.  Выбор целевой функции
  6.  Выбор условий нахождения решений (максимальные, минимальные значения)
  7.  Добавления условий

Условия могут содержать ссылки на ячейки или числа.

  1.  Выполнить.

Задачи о планирование перевозок.

Количество всего материала

Количество

Склад 1

Склад 2

Склад 3

 Стоимость перевозки

Предприятие 1

затраты

Склад 1

Склад 2

Склад 3

Предприятие 2

Склад 1

Склад 2

Склад 3

Предприятие 3

Склад 1

 

Склад 2

Склад 3

Сколько должно производиться

план

факт

Предприятие 1

Склад 1

Склад 2

Склад 3

Предприятие 2

Склад 1

Склад 2

Склад 3

Предприятие 3

Склад 1

Склад 2

Склад 3

Отправленные

Склад 1

Пр1Ск1+Пр2Ск1+Пр3Ск1

Склад 2

Пр1Ск2+Пр2Ск2+Пр3Ск2

Склад 3

Пр1Ск3+Пр2Ск3+Пр3Ск3

Целевая функция (затраты)= стоимостьПр1Ск1*фактор + стоимость перевозки Пр1Ск2*фактор + стоимостьПр1Ск3*фактор + стоимость перевозкиПр2Ск1*фактор + стоимость*Пр3Ск1*фактор + стоимость перевозки Пр3Ск1*фактор + стоимость перевозкиПр3Ск2*фактор

Условия поиска решения:

  1.  Затраты – минимизировать
  2.  Условия

суммы фактора Ск1,Ск2,Ск3 Пр1>= план Пр1

      Пр2>= план Пр2

                 Пр3>= план Пр3

сумма Ск1факт, Ск2факт, Ск3факт  Пр1>=0     

                                                             Пр2>=0                 

                             Пр3>=0     

Отправленные   Ск1 <=количество Ск1

                            Ск2 <=количество Ск2

                Ск3 <=количество Ск3

Общие указания – задача по поиску решения правильно решается не с любыми исходными данных. Например, если план производства превышает суммарное количество исходных материалов. Поэтому при получении абсолютно неправильных решений «поиск решений»  выдает сообщение «требуемый результат не достижим». При этом следует изменить исходные данные.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1434. Экономическое обоснование проектирования двигателя 124.5 KB
  Целью расчетов является обоснование экономической целесообразности создания и применения спроектированного двигателя. Решение принимается на основе расчета экономического эффекта путем сопоставления результатов и затрат по проектируемому и базовому вариантам при условии сопоставимости их по объему
1435. Уровневые фронтальные лабораторные работы 231.52 KB
  Составной частью исследуемой проблематики является уровневый подход к формированию практических умений и навыков школьников. Для реализации этой цели учителем разработаны уровневые фронтальные лабораторные работы, и примеры использования проектной технологии как возможности вариативной организации учебных занятий.
1436. Алгоритм решения задачи с использованием программ Microsoft Excel и MathCAD 265.69 KB
  Данная работа посвящена автоматизации процессов расчетов. Ее целью является закрепление знаний по всем разделам дисциплины Информатика, проверка навыков практической работы с программными средствами обработки информации.
1437. Основные модели данных 182.57 KB
  В зависимости от используемой модели СУБД называются соответственно: сетевыми, иерархическими и реляционными. Манипулирование данными. Сетевая база данных. Достоинства и недостатки иерархических и сетевых СУБД.
1438. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса сушки абрикос с применением токов высокой частоты 3.32 MB
  Современные теоретические представления о тепло- массопереносе в процессах сушки. Электрофизические параметры абрикос и их влияние на объемное тепловыделение. Экспериментальное определение электрофизических параметров абрикос. Математическая модель динамики изменения электрофизических параметров абрикос.
1439. Использование распознавания образов для обработки и восстановления музыкальных сигналов 7.15 MB
  Определение полного перечня признаков, характеризующих объекты, преобразование информации при распознавании музыкального сигнала. Статический подход к распознаванию образов. Общая характеристика современной техники восстановления.
1440. Лингвопереводческие концепции американских переводоведов второй половины ХХ-начала ХХІ века 19.04 MB
  Перевод как один из древнейших видов человеческой деятельности, его роль в развитии социума, особая роль лингвопереводческих концепций Ю.А. Найды в развитии теории и практики межъязыковой коммуникации в США. Предпосылки развития генеративной лингвистики, формальная и динамическая эквивалентность, роль рецептора перевода.
1441. Методика складання розкладу занять 213.34 KB
  Важливим елементом організації роботи навчального закладу є науковий підхід до складання розкладу занять, розглянутий у роботі В.Пайкеса Методика складання розкладу занять у загальноосвітній установі. Раціонально складений розклад занять сприяє ефективності НВП, зниженню і ліквідації перевантажень учнів, підвищенню працездатності учнів і вчителів.
1442. Прогнозирование курсов валют на рынке Forex 196.69 KB
  Главная задача любого инвестора — купить дешевле и продать дороже. Чем выше изменчивость цен актива, тем больше имеется возможностей для проведения выигрышных стратегий торговли, но они сопряжены с высоким риском. Ключевым вопросом при этом является определение направления, величины и волатильности (изменчивости) будущих цен на основе прошлых данных. В статье дается пример прогноза курсов валют на рынке Forex, полученного с применением нейронных технологий.