Anwendungen von Informationssystemen Zwei Grundformen:

Anwendungen von Informationssystemen
Zwei Grundformen:
• Unternehmensführung,
1. Für Anwendungen, in denen die benötigte “Information“
jeweils bereits mehr oder weniger strukturiert als “Daten“
vorliegt oder einigermaßen leicht derart aufzubereiten ist:
• Personal-, Kunden- und Materialverwaltung,
• Buchungssysteme
• Datenbanksystem (database system)
• Auftragsabwicklung,
• Wissensbanksystem (knowledgebase system)
• Betriebsmittel- und Finanzüberwachung,
• Statistik und Vorhersagemodelle,
2. Sogenannte
• Literaturnachweis und Bibliothekswesen,
• “Information Retrieval-Systeme“,
• Digitale Bibliotheken
• Begriffswörterbücher,
die hauptsächlich für die inhaltliche Nutzung weitgehend
unstrukturierter Texte eingesetzt werden.
• Landvermessung und Bodennutzung,
• Versuchsplanung, - durchführung und -auswertung,
• Bildauswertung und -archivierung,
• Entscheidungsunterstützung,
• rechnergestütztes Entwerfen und Konstruieren (CAD),
• rechnergestützte Fertigung (CIM),
• rechnergestützte Programmentwicklung (CASE).
Solche Anwendungen treten in den Unternehmen
• manchmal einzeln,
• häufiger aber in mancherlei und gegebenenfalls auch
wechselnden Zusammenstellungen auf.
J. Biskup
Informationssysteme
Einführung, Architektur
27.10.99
1.1
J. Biskup
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1.2
Ein Informationssystem dient dazu,
große Mengen von Daten:
• große Mengen von
(large amount)
• nicht alle gleichzeitig im Hauptspeicher
• im allgemeinen strukturierten Daten
(structured data)
• auf Speichergeräten wie Magnetplatten
• dauerhaft
(persistent)
• verläßlich
(dependable)
• größte Systeme verwalten inzwischen Datenmengen im Bereich
von vielen Gigabytes oder gar Terabytes
• andere Fragestellungen als etwa bei der Verwaltung der
Werte lokaler und dynamischer Variablen
in prozeduralen Programmiersprachen
• für im allgemeinen viele
und verschiedenartige Benutzer verfügbar
(shared)
• effizient zu verwalten
(management)
• d.h. Anfragen und
(queries)
• Änderungen
(updates)
zu bearbeiten.
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dauerhaft verfügbar:
verläßlich verfügbar:
Genau die vorgesehenen Benutzer sollen
• Daten außer im Hauptspeicher stets
auch auf externen Speichergeräten.
• zu den von ihnen bestimmten Zeitpunkten
• mit genau den für ihre Verpflichtungen benötigten
• und jeweils zutreffenden Daten
• Daten auf jeden Fall durch (Sicherungs-) Kopien schützen.
• die gewünschten Bearbeitungen ausführen lassen können.
• Daten im allgemeinen mehrfach, gegebenenfalls
zusätzlich auch noch in (leicht veränderten) Versionen,
vorhanden.
Verläßlichkeit umfaßt insbesondere:
• Sicherheit als
− Verfügbarkeit (von Daten und Bearbeitungsverfahren),
− Integrität (Schutz vor unbeabsichtigter oder bösartiger
Veränderung oder Zerstörung von Daten oder zumindest
Erkennbarkeit von solchen Veränderungen oder Zerstörungen)
− Vertraulichkeit;
• Zugriffskontrolle mit Authentisierung,
Verschlüsselung und digitale Signaturen
als gebräuchliche Mechanismen für Sicherheit;
• Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz
durch Redundanz, insbesondere durch Kopien;
• bezüglich der Anwendungen inhaltliches Zutreffen
der (durch die) Daten (dargestellten Gegebenheiten)
durch Erhaltung semantischer Bedingungen;
• wechselseitige Isolierung der Benutzer
bei Mehrbenutzerbetrieb.
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1.5
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1.6
für viele und verschiedenartige Benutzer:
Verwaltung der Daten:
• dauerhafte Speicherung
• Verläßlichkeit
• Beantwortung von Anfragen
− in einfachster Form durch
direktes Wiederauffinden gespeicherter Daten
und in anspruchsvollster Form durch eine
vollständige Operationalisierung der logischen Implikation;
− jeweils alle einer Anfrage genügenden Antworten werden
geliefert;
− also deklarativ (durch Angabe des Was, aber nicht des Wie)
gestellt und mengenorientiert (alle Antworten);
− effizient, d.h. insbesondere zeitlich schnell ausführbar;
− Strukturierung der Daten erweist sich dabei als wichtiges
Hilfsmittel für die Effizienz;
− klassische Zugriffsstrukturen wie Sortierungen, Suchbäume
und Hash-Verfahren geeignet einsetzen;
− besondere Verfahren zur Optimierung von Anfragen.
• Gegebenheiten der Anwendung werden
− benutzerübergreifend modelliert,
− mit Hilfe geeigneter Datenmodelle,
d.h. Datentypen für Informationssysteme,
und entsprechender Datendefinitionssprachen
formalisiert und vereinbart.
• Vom Informationssystem-Administrator
als sogenanntes Schema getroffene Vereinbarungen
stellen das entscheidende Bindeglied zwischen den späteren
(End-) Benutzern dar.
• Auf das gemeinsame Schema und
die unter diesem Schema gespeicherten Daten
werden sogenannte Sichten eingerichtet.
• Durchführung von Änderungen
− insbesondere berücksichtigen,
daß die semantischen Bedingungen erhalten bleiben,
die das inhaltliche Zutreffen der Daten absichern sollen.
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1.7
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1.8
verschiedenartige Blickwinkel:
weitreichendster Blickwinkel:
Das Informationssystem kann
• das Modell einer Miniwelt bilden:
− Die Daten und das Schema sollen
Gegebenheiten einer Miniwelt abbilden.
− Durch Änderungen im Informationssystem werden
Vorgänge in der Miniwelt nachvollzogen.
− Anfragen werden bezüglich des Modells beantwortet, und
sinngemäß gedeutet entsprechen den Antworten (hoffentlich)
jeweils Gegebenheiten in der Miniwelt.
Ein Informationssystem vermittelt Mitteilungen
zwischen “in einem Unternehmen“ handelnden Menschen.
• oder eine eigenständige Miniwelt verwalten:
− Diese Miniwelt besteht im wesentlichen aus (Original-)
Dokumenten.
− Diese liegen ausschließlich im Informationssystem vor.
− Anfragen werden bezüglich dieser Miniwelt beantwortet und
bedürfen keiner weiteren Deutung.
über die sich die Menschen mit Hilfe des
Informationssystems
Mitteilungen machen.
Diese Menschen handeln in einer Miniwelt,
deren Gegebenheiten und Vorgänge durch Dokumente
abgebildet werden,
• oder Mitteilungen vermitteln.
− Wie ein “großes schwarzes Brett“ benutzt.
− Änderungen im Informationssystem bedeuten dann,
daß neue Mitteilungen hinterlegt und
“am Brett angeschlagen“ und
daß alte Mitteilungen abgeändert oder entfernt werden.
− Anfragen werden bezüglich der hinterlegten,
“angeschlagenen“ Mitteilungen beantwortet.
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1.9
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1.10
Sichtweisen der Informatik
meine eigene Sichtweise:
Informatik ist die Wissenschaft (und die Kunst),
formale (Programmier-) Sprachen zur Beschreibung von
abstrakten Dingen und abstrakten Handlungsabläufen
paradigm
formale
Sprache
theory
abstraction
design
• zu erfinden (zunächst anschaulich, dann genau)
• zu verwirklichen (so daß schließlich beherrschbare
Systeme tatsächlich verfügbar werden) und
erfinden
• zu benutzen.
verwirklichen
Sichtweise der “ACM Task Force on the Core of Computer
Science“:
Informatik, “computer science and engineering“,
ist die systematische Untersuchung algorithmischer
Vorgänge, die Information darstellen und umwandeln:
deren Theorie, Analyse, Entwurf, Effizienz, Verwirklichung
und Benutzung.
benutzen
• Grundlegende Fragestellung:
“Was kann (effizient) automatisiert werden?“
• Ein Fach der Informatik wird bestimmt durch
− seine jeweiligen Fragestellungen,
− seine wesentliche “Theorie“,
− seine bedeutsamen “Abstraktionen“ und
− seine Methoden des “Entwurfes“.
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1.11
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1.12
Programmieren
Programmieren:
• im allgemeinen nicht in einem “großen Wurf“:
eine Aufgabenstellung
• inhaltlich erfassen,
schwammig
• sie ergänzen, vereinfachen, präzisieren,
• somit ein Modell von ihr entwerfen,
Aufgabenstellung
• sie dann, die Ausdrucksmittel einer geeigneten Schichtung
formaler Sprachen nutzend, genau beschreiben,
wobei gegebenenfalls diese Sprachen
erst erfunden und verwirklicht werden müssen,
unklar
• sie damit schließlich der Bearbeitung durch eine Maschine
zugänglich machen,
programmieren ?
ausgefranst
• ihre maschinelle Bearbeitung überwachen und verbessern.
Maschine
(hardware)
• sondern schrittweise durchführen:
− Modellierung und
− schichtenmäßige Formalisierung
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1.13
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schwammig
“Semantische Begriffe für die Modellierung”:
ein erster Schritt für die Erfindung
einer formalen Sprache zur Beschreibung
statischer und dynamischer Gesichtspunkte
eines Unternehmens.
Aufgabenstellung
unklar
modellieren
Modell der
Aufgabenstellung
ausgefranst
“Grundbegriffe der Mengenlehre und Logik”:
wohlverstandene Grundlagen,
eine solche Sprache syntaktisch und semantisch
genau zu fassen.
formalisieren
gedachte Maschine für
anwendungsnahe formale Sprache
“Ein logikorientiertes Datenmodell”:
Erfindung formaler Sprachen zur Definition von
Schemas, Anfragen und Änderungen
in einem sogenannten "Datenmodell".
“Relationales Datenmodell”:
...
Maschine
(hardware)
...
noch eingeschränktere Logiksprache.
“Beispiel für verwirklichte relationale Sprache:
..
.
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SQL”:
in kommerziellen Produkten gebräuchliche Sprache,
die Structured Query Language.
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“Optimierung von Anfragen”:
“Algorithmen und Datenstrukturen für relationale
Operationen”:
effiziente Verwirklichungen relationaler Operationen.
“Objektorientierte Datenmodelle”:
Erfindungen formaler Sprachen zur Definition von
Schemas, Anfragen und Änderungen.
soll helfen, die große, über alle Schichten eines
Informationssystems reichende Kluft
zwischen den mengenorientierten, deklarativen
Anfragen eines Benutzers einerseits
und einfachen Speicherzugriffen des Basissystems
andererseits
zu überbrücken.
“Entwurfstheorie für Schemas”:
“Transaktionen”:
gibt Hinweise, wie die formalen Sprachen zur
Definition von Schemas benutzt werden sollen.
unter der Anforderung des Mehrbenutzerbetriebes
− die Erhaltung semantischer Bedingungen,
− die Unteilbarkeit unabhängig voneinander
ablaufender Anweisungsfolgen und
− die Dauerhaftigkeit von Daten
gewährleisten.
“Architektur von Informationssystemen”:
Grobstruktur eines Informationssystems
mit seinen schichtenmäßig angeordneten
formalen Sprachen.
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1.17
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Entwurfsumgebung
Arbeitsplatzumgebung
Netzumgebung
Programmierumgebung
Datenmanipulationssprache (DML)
Vereinbarungen
Änderungen
..
.
Sicht_i
Schema
Sprachanalyse
Bibliographische Hinweise
eingebettet
interaktiv, selbständig
Datendefinitionssprache (DDL)
EinsatzSchnittstellen
Anfragen
Antworten
Erklärungen
S. Abiteboul, R. Hull, V. Vianu,
Foundations of Databases,
Addison-Wesley, 1995.
InformationssystemSchnittstelle
J. Biskup,
Grundlagen von Informationssystemen,
Vieweg, 1995.
Aufbereitung
von
Antworten
Relationen (Klassen),
Tupel (Objekte)
konzeptionelle Schicht
(mengenorientiert,
mit Optimierung)
Transaktionsverwaltung
Zugriffsstrukturen,
Tupelidentifikatoren
(Surrogate), Datensätze
C.J. Date,
An Introduction to Database Systems, Volume I (4th
Edition),
Addison-Wesley, Reading etc., 1986.
MengenSchnittstelle
C.J. Date,
An Introduction to Database Systems, Volume II,
Addison-Wesley, Reading etc., 1983.
TupelSchnittstelle
interne Schicht
(Datensatz-orientiert)
R. Elmasri, S.B. Navathe,
Fundamentals of Database Systems (2nd Edition),
Benjamin/Cummings, Redwood City etc., 1994.
(virtueller) flüchtiger und dauerhafter Speicher
SpeicherSchnittstelle
P.C. Lockemann, G. Krüger, H. Krumm,
Telekommunikation und Datenhaltung,
Hanser, München-Wien, 1993.
GeräteSchnittstelle
Speichergeräte
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1.20
J.D. Ullman,
Principles of Database and Knowledge-Base Systems,
Volume I,
Computer Science Press, Rockville, 1988.
Andreas Heuer,
Objektorientierte Datenbanken,
Konzepte, Modelle, Standards und Systeme,
Addison-Wesley, Bonn etc., 1997
J.D. Ullman,
Principles of Database and Knowledge-Base Systems,
Volume II, Computer Science Press, Rockville, 1989.
Mark Levene, George Loizou,
A Guided Tour Of Relational Databases and Beyond,
Springer Verlag, London, 1999
G. Vossen,
Datenmodelle, Datenbanksprachen und
Datenbank–Management-Systeme,
Addison-Wesley, Bonn etc., 2. aktualisierte und veränderte
Auflage 1994.
Paolo Atyeni, Stefano Geri, and more,
Database Systems, Concepts, Languages and Architectures,
McGraw-Hill Companies, London, 1999
G. Vossen,
Data Models, Database Languages and Database
Management Systems,
Addison-Wesley, Wokingham etc., 1991.
C.A. Zehnder,
Informationssysteme und Datenbanken (5. Auflage),
Teubner, Stuttgart, 1989.
Andreas Heuer, Gunter Saake,
Datenbanken, Konzepte und Sprachen,
International Thomson Publishing, 1995
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