Информационные системы

О.Л. Голицына, Н.В. Максимов, И.И. Попов

Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по образованию в области прикладной
информатики в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
09.03.03 «Прикладная информатика»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ИНФРА-М

2022
Москва

ИНФОРМАЦИОННЫЕ 
СИСТЕМЫ

2-е издание

УДК
ББК
 
Г60

Голицына О. Л.
Г60 
 
Информационные системы : учебное пособие / О.Л. Голицына,
Н.В. Максимов, И.И. Попов. – 2-e изд. – Москва : ФОРУМ : 
ИНФРА-М, 2022. – 448 с. : ил. – (Высшее образование).

Рецензенты:

А.Г. Романенко, доктор технических наук, профессор
кафедры информационных технологий РГТУ;

В.П. Романов, доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой проектирования автоматизированных информационных
систем РЭА имени Г.В. Плеханова

© Голицына О.Л., Максимов Н.В.,
Попов И.И., 2007 
© Голицына О.Л., Максимов Н.В.,
Попов И.И., 2014, с изменениями 
© ФОРУМ, 2014

004.2(075.8)
32.973-02я73

Рассматриваются основы функционирования, архитектура и классификация автоматизированных информационных систем, а также связанные 
с ними понятия «информация» и «информационная технология». Особое 
внимание уделяется информационно-поисковым системам и технологиям, представляемым в виде совокупных человеко-машинных систем, 
целью которых является построение системы знаний. Рассматриваются 
математические модели механизмов поиска, лингвистическое обеспечение, технологии и интерфейсы, обеспечивающие развитие поисковых 
процессов. Обсуждаются результаты статистических исследований поведенческих стереотипов пользователей ретроспективных баз данных научной информации. Приложение включает описание практикума по информационному поиску в документальных базах данных и ресурсах Internet.
Для студентов специальностей «Прикладная информатика (по областям 
применения)», «Информационные системы», «Программное обеспечение 
вычислительной техники и автоматизированных систем», а также для широкого круга специалистов в области информатизации.

 УДК 004.2(075.8) 
ББК 32.973-02я73

ISBN 978-5-91134-833-5 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-009375-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100362-6 (ИНФРА-М, online)

ISBN 978-5-91134-833-5 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-009375-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100362-6 (ИНФРА-М, online)

Мы плывем вверх по течению, борясь с
огромным потоком дезорганизованности...
В этом мире наша первая обязанность состоит в том, чтобы устраивать произвольные островки порядка и системы.
Норберт Винер. Я — математик

Введение

Информатизация общества является стратегическим фактором развития цивилизации: благодаря особым свойствам информации именно информатизация дает человечеству определенные
шансы решить глобальные проблемы и перейти к новой парадигме устойчивого развития. Более того, информационные системы и технологии становятся теми средствами, которые человек
может использовать для расширения и развития своих собственных способностей: памяти, логики, пространственного воображения.
В любой области научной, экономической и социальной
деятельности, на любом предприятии, занимающемся производством или распределением продукции, создается и используется
информация. Всякая взаимосвязь и координация работ возможны только благодаря системе информации, охватывающей весь
процесс, причем генераторами и потребителями информации
являются как различные функциональные и управляющие подсистемы, так и сам человек. То есть, практически любая целенаправленная деятельность человека в той или иной мере связана с
процедурами обработки информации, которые могут быть как
автоматизированными, так и нет. В настоящее время наиболее
эффективным является вариант, основанный на использовании
вычислительных машин. Автоматизированные информационные
системы (АИС), как специализированное средство эффективной
обработки данных, стали обязательной составной частью любой
деятельности, будь то управление производством, научные исследования, экономические или социальные системы.

Человек задолго до появления понятия «автоматизация»,
научился целенаправленно собирать, обрабатывать, хранить и
передавать информацию: с тех пор как появилось понимание
того, что информация — безальтернативная основа для принятия решений и осуществления контроля. Вносит ли автоматизация какие-либо существенные изменения в сферу целевой деятельности человека? По всей видимости, «ДА» в том, что касается «механических» операций сбора, формальной обработки и
распределения данных. И, возможно, «НЕТ», если говорить о
действенности «автоматизированной» информации, выступающей в качестве средства, которое реализует связь между субъектом управления и управляемой деятельностью. Непонимание
причин такой неоднозначности порождает ошибочное представление, что исходная информация является менее ценной, чем
переработанная. Этим объясняется и существование такого определения АИС, как «...системы предназначенной для получения
одной информации исходя из другой».
Пока человек не передал машине функции целеполагания
(в конце концов — и выбор цели жизни самого человека!) создание новой информации будет оставаться в сфере его собственной деятельности. И это одна из основных причин, почему
автоматизированные информационные системы в этом пособии
будут рассматриваться с «классической» точки зрения — в основном как средство обеспечения эффективности процессов
сбора, хранения, поиска и преобразования имеющейся информации, оптимизация которых зависит от целей и способов использования информации человеком в его основной деятельности (ОД).
Информация присутствует в любом процессе. Она изначально является ценной и достоверной, но, если не уметь сохранять
ее свойства с помощью соответствующих средств, то в дальнейшем придется прибегать к трудоемким и изощренным процедурам, для того чтобы как-то восстановить необходимый уровень
ее репрезентативности.
С самого начала появления АИС все функции контроля, обработки и анализа информации были переданы вычислительным
машинам, потому что считалось, что с их помощью в этой области можно сделать все. Однако оказалось, что использование
машин отнюдь не всегда эффективно и даже не всегда целесообразно. Традиционные «ручные» методы обработки информации
и управления информационными потоками зачастую оказыва
4
Введение

лись гораздо более сложными для их автоматизации, чем это
представляли себе специалисты по информатизации. Некоторые
информационные потоки, вполне эффективные пока они проходили от человека к человеку, после перемещения их в машинную среду становились причиной снижения общей эффективности ОД. Данные, для которых раньше использовались прямые
«естественные» каналы передачи, теперь должны проходить через кодирование и обработку ЭВМ, прежде чем они попадут к
адресату. Это приводит не только к заметной задержке, но и требует от человека специальных навыков по их поиску и обработке. Кроме того, человек теряет ощущение, что он владеет информацией: теперь он чувствует себя «поставщиком» данных для
информационной службы, которая выступает по отношению к
нему уже не как «помощь», а как «новая функция», требующая
от него новых действий.
Другая проблема порождается гигантскими и все увеличивающимися объемами хранимых и перерабатываемых данных, а
также появлением все большего числа субъектов, поставляющих,
изменяющих и использующих эти данные. Расширяется спектр
задач, для которых нужны данные, а вместе с ними растут и потребности вычислительной среды, причем не только в части
оборудования — возрастают требования к специалистам, поддерживающим и использующим саму систему.
При этом достаточно часто неудачи автоматизации являются
и следствием того, что усилия разработчиков направлены лишь
на развитие системы обработки данных, т. е. на решение части
информационных проблем, а не на весь комплекс информационных процессов. В этом случае АИС выполняет простую механизацию учета информации, обеспечивающую лишь ограниченную сферой машинных операций эффективность.
Сегодня
присутствие
средств
вычислительной
техники
в
жизни и деятельности человека стало повсеместным и глобальным. Однако их роль не так велика (поскольку функциональность изначально ограничена), чтобы полностью исключить участие человека. Человек участвует в работе автоматизированной
информационной системы на всех уровнях. Но наиболее существенным является то, что только он ставит проблемы, и только
он способен собрать информацию, позволяющую решить эти
проблемы. Наконец, человек является конечным пользователем
результатов обработки и передачи информации, и только он может оценить их эффективность.

Введение
5

Возможности, а косвенно и недостатки ЭВМ осваиваются и
изучаются человеком уже со школьной скамьи и, как кажется,
достаточно известны, по крайней мере, тем, кто автоматизирует
те или иные производственные, научные и другие процессы. Как
ни странно, возможности и недостатки другой стороны — человека, как неотъемлемой составляющей любого автоматизируемого процесса, разработчиками АИС практически не учитываются.
В действительности знание особенностей человеко-машинного
взаимодействия
необходимо
не
только
при
проектировании
пользовательских интерфейсов, но в первую очередь — для понимания идеологии и архитектуры АИС, методов их разработки
и эксплуатации. Обратим внимание на некоторые особенности
человека, хотя они являются достаточно очевидными (и вполне
соответствующими положению, что наши недостатки — это продолжение наших достоинств).
1. Если машина всегда может привести информацию к форме, понятной человеку (совместимую с его физиологическими
способностями), то обратное, к сожалению, практически невозможно. Человеку трудно произвести документ, непосредственно
воспринимаемый машиной. Возможности человека здесь ограничиваются системами кодирования информации: его производительность записи документа в двоичной форме будет довольно
низкой.
2. Человек обладает способностью к мышлению, которая при
этом делает из него очень ненадежное средство регистрации информации (длительному сохранению в неизменном состоянии).
Он «интерпретирует» получаемые сведения, «виртуально» применяя их к собственным обстоятельствам, т. е. сообщаемая им
информация уже будет не точным отражением наблюдаемого явления, а оценкой, причем критерии этой оценки часто не совпадают с предусмотренными в данной задаче.
3. Человек обладает памятью, но при однообразии сообщений он может случайно вместо нужного сообщения повторить
какое-либо предыдущее.
4. Человек понимает наблюдаемое явление, знает или предполагает, как оно должно развиваться, и поэтому он склонен
пойти по пути «угадывания» события, теряя связь с реальным
его состоянием.
5. Человек может забывать и уставать, что сказывается не
только на его производительности, но и на остальных способ
6
Введение

ностях, в частности на его восприятии, понимании и интерпретации.
Развитие автоматизированных информационных систем разного назначения и масштаба наиболее заметно в области бизнес-приложений. Такие системы работают с большими объемами
производственной, коммерческой, управляющей информации,
которая обычно имеет достаточно сложную, но хорошо формализованную структуру, и процедуры обработки точно определены целями внедрения системы. Примерами таких, иногда называемых
экономическими, систем являются системы управления предприятием, банковские системы, системы продажи билетов и т. д.
Другим направлением развития стали автоматизированные
информационно-поисковые
системы,
основным
назначением
которых является хранение больших ретроспективных объемов
обычно
слабоструктурированной
информации
и
обеспечение
гибкого поиска по нетривиальным запросам. В отличие от экономических АИС, информационные источники в этом случае
могут быть самые разные и заранее ничего нельзя сказать о том,
как и когда та или иная информация будет использована. Примерами таких систем являются библиотечные системы, электронные библиотеки, поисковые Internet-машины.
Широкое использование АИС этих двух типов, обеспечивших
возможность накопления и обработки больших объемов информации, представляющей те или иные автоматизируемые процессы деятельности человека (научные направления, работу предприятий, экономику государств, социальные системы и т. д.) за
достаточно длительные периоды и в различных аспектах, привели
к появлению аналитических информационных систем1. Такого рода
системы обычно используются для оценки и выбора альтернативных решений, прогнозирования и т. д.
Общим для всех типов АИС является то, что они, так или иначе, используют технологии интегрированного хранения и обработки данных — концепцию баз данных, в основе которой лежит
механизм предоставления обрабатывающей программе из всех
хранимых данных только тех, которые ей необходимы, и в форме,
требуемой именно этой программе. Основным принципом, положенным в основу баз данных, является использование централи
Введение
7

1 Эти системы представлены такими направлениями, как интеллектуальные ИС, экспертные системы, системы аналитической обработки
данных и т. д.

зованной системы управления данными, причем как на уровне
файлов, так и на уровне элементов данных. Принцип централизованного управления совместно используемыми данными приводит не только к сокращению затрат на создание и поддержание
данных в актуальном состоянии, но и к сокращению избыточности информации, упрощению процедур поддержания целостности данных. И именно централизованное управление позволяет
эффективно реализовать децентрализацию управления в автоматизируемой предметной области: для принятия решений используется один и тот же источник информации, что собственно и
обеспечивает
(автоматически!)
согласованность
управляющих
воздействий.
Такая наблюдаемая «в жизни» теснейшая, естественная и целесообразная связь баз данных и информационных систем, с другой стороны, требует понимания их различий, и не только на
терминологическом уровне, как, например, «АИС обрабатывают
информацию, а СУБД — данные». Понимание соотношения этих
классов систем и, соответственно, обоснованное применение методов проектирования и разработки основывается на четком видении границ их «жизненного пространства», разных систем целей и задач. В рамках этого пособия, не претендуя на статус «абсолютной истины», авторы в этом вопросе придерживаются
следующих положений.
1. ИС «ориентирована вовне» — задача ИС состоит в такой
организации информационных потоков (сбор сведений о взаимодействии управляемого объекта и использование накопленных данных о предшествующих состояниях), которая бы обеспечила устойчивое достижение целей субъекта управления в среде
его
жизнедеятельности.
СУБД,
напротив,
ориентирована
на
«внутреннюю», исполнительную (вычислительную) среду — задача СУБД состоит в такой организации данных, которая при заданных ограничениях на вычислительную среду (модель данных)
обеспечивала бы эффективность обработки данных.
2. Данные и единственно они составляют основу информационной поддержки достижения цели человеком в некоторой,
обычно ограниченной предметной области и именно ограниченность классом задач, наличных ресурсов, методов и средств
достижения цели позволяет организовать эффективную процедуру обработки данных. Соответственно, определение принципов
управления, выявление характера использования информации и
определение критериев эффективности управления, обеспечи
8
Введение

вающих развитие (расширение) управляемой системы, относятся
к этапам проектирования ИС, а создание взаимосвязанных описаний моделей этой предметной области с целью конструктивного сокращения размерности и сложности данных, составляет существо проектирования БД. В случае ИС работа проектировщика
начинается с исследования и моделирования информационных
процессов и объектов вне автоматизированной системы (природы исходной информации, возможностей восприятия и использования объектом получаемой информации, критериев оценки
информации и результатов деятельности в целом), а в случае
БД — с моделирования и оценки эффективности машинных процедур поиска и преобразования данных в вычислительной среде
(внутри автоматизированной ИС).
Предметом данного пособия являются автоматизированные
информационно-поисковые системы (АИПС). Хотя концептуальной и физической основой систем этого класса являются базы
данных, в рамках данной дисциплины основное внимание сосредоточивается не на «внутренней» составляющей (управлении
данными, что составляет предмет другой дисциплины — «Базы
данных»), а на «интерфейсной» — на проблемах представления/восприятия информации, то есть формах существования информации в различных операционных средах (человек/машина),
методах отождествления и поиска информации, средствах и технологиях взаимодействия человека с автоматизированной системой. Вопросы функциональной обработки будут рассматриваться
только в том объеме, который необходим для понимания того,
что нет универсальных процедур обработки информации: любая
процедура обусловлена целями и обстоятельствами ее использования. Отметим также, что принципы и методы автоматизированной функционально-ориентированной обработки информации являются предметом других дисциплин, таких как «Предметно-ориентированные АИС», «Экономические АИС» и др.
АИПС можно рассматривать как наиболее общий случай
систем обработки информации, поскольку они, с одной стороны,
являются неотъемлемой составляющей совокупной человеко-машинной системы генерации нового знания, а с другой, — они
реализуются в вычислительной среде и потому неизбежно обладают свойствами баз данных. Таким системам свойственно большое разнообразие форм представления информации от хорошо
структурированных данных (что характерно для СУБД и АСУ) до
слабо структурированных текстов, описывающих события и яв
Введение
9

ления. Более того, для процессов использования информации
(как результатов работы ИС) характерна непредсказуемость межотраслевых связей: практически любые, однажды найденные решения находят иногда существенно более эффективное применение далеко от тех предметных областей, в которых были изначально получены. Именно поэтому основным операционным
объектом АИПС исторически является научно-техническая информация. При этом системы выполняют только функции инструмента для поиска информации, используемой человеком для
синтеза нового знания, например, путем обобщения полученной
информации или даже ее отрицанием.
Задачи поиска информации появились не сегодня, а уже тогда, когда для передачи личного знания человек стал использовать внешние носители вместо личной передачи. Соответственно, методы и принципы организации и поиска появились как
только возникли первые хранилища. И, что примечательно —
сегодня эти методы практически не изменились. Сравните современные методы индексирования с тем, что приведено в [Михайлов, 1968]: «...уже в VII в. до н. э. на плитках из библиотеки
ассирийского царя... в конце текста приведен ряд библиографических сведений — заглавие, номер плитки, первые слова следующей плитки, имя владельца. ...Чтобы облегчить опознавание
книг, в некоторых каталогах XII в. описания многотомников содержали первые слова первого и следующих томов». Действительно, новое — это хорошо забытое старое!
Однако даже широкое внедрение автоматизированных информационных систем и баз данных в сочетании с сетевыми решениями тем не менее остается пока лишь очередным этапом в
попытках человека справиться с проблемами получения и переработки информации. Объемы информации быстро растут практически во всех областях. И для индустриального периода развития общества стало характерно разделение труда уже в информационной сфере: исследователь все больше нуждается в помощи
специальной службы, призванной ориентировать его в потоке
информации. В начале этого периода такой службой являлись
органы научной информации, в задачи которых входили поиск и
концентрация информации зачастую непосредственно для исследователя не только на уровне проблемы, но на уровне отдельной задачи. Такое состояние вполне отражало экстенсивный характер оценки ситуации, данной в [Томсон, 1958]: «В науке неминуемо должно произойти то, что произошло в армии. В целях

10
Введение