【2024软考架构师自学笔记】2. 信息系统基础知识

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2.1 信息系统概述

2.1.1 信息系统定义

信息系统是由计算机硬件、网络和通信设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。
信息系统的功能有:输入、存储、处理、输出和控制。

2.1.2 信息系统的发展

理查德·诺兰(Richard L. Nolan)将信息系统的发展道路划分为：（诺兰模型）

• 初始：企业内仅个别人使用电脑完成一些报表统计工作，通常为财务部门。
• 传播：需求增加，对信息技术产生兴趣，开始增加投入。数据处理能力得到迅速发展，但同时出现一些问题：数据冗余、不一致，难以共享，资源利用率不高。
• 控制：盲目投入定制软件开发后发现不理想，开始对信息技术有认知，并进行有目的控制。这一阶段的主要特点是:(1)成立了一个领导小组。(2)采用了数据库 (DB) 技术。 (3)这一阶段是计算机管理变为数据管理的关键。但还存在部门堡垒、信息孤岛等问题。
• 集成：在控制的基础上重新进行规划设计，建立集中式数据库，建成统一的信息管理系统。一个系统中进行管理，使人、财、物等资源信息能够在企业集成共享，更有效地利用现有的 IT 系统和资源。增加大量硬件，预算费用迅速增长。
• 数据管理：企业高层意识到信息战略的重要，信息数据成为企业的重要资源。
• 成熟：信息系统满足企业各个层次的需求，从简单的事务处理到支持高效管理的决策。

2.1.3 信息系统的分类

• 业务处理系统TPS（电子数据处理系统EDP）：以数据存储、处理为主
• 管理信息系统MIS：完成一些管理事务
• 决策支持系统DSS：辅助支持人决策，不作决策
• 专家系统ES：大量的知识和经验，判断问题作出决策，用于解决特定领域的问题。专家系统核心由知识库和推理机构成，还包括解释器、综合数据库、人机接口构成。
• 办公自动化系统OAS：
• 综合性信息系统（ERP企业资源管理系统、WMS仓储管理系统、MES制造过程管理系统、PDM产品数据管理系统）
  以上代表了信息系统的发展演化过程。

2.1.4 信息系统的生命周期

产生、开发（关键的阶段。该阶段又可分为总体规划、系统分析、系统设计、系统实施和系统验收5个阶段）、运行、消亡（建设初期就应该考虑）

2.1.5 信息系统的建设原则

高层介入、用户参与、自顶向下规划、工程化原则、其他原则

2.1.6 信息系统的开发方法

• 结构化方法：由结构化系统分析和设计组成，是目前最成熟、应用最广泛的信息系统开发方法之一。适合业务工作比较成熟、定型的系统，如银行、电信、商品零售等行业。特点如下：
  • 自顶而下，逐步分解
  • 开发目标清晰化
  • 开发阶段程式化
  • 开发文档规范化
  • 设计方法结构化
    应变不灵活
• 原型法：根据用户需求快速地建立一个系统模型，然后与用户交流最终实现开发。
  • 按照实现功能划分为:
    • 水平原型：用户界面原型，细化需求但并未实现功能。
    • 垂直原型：结构化原型，用于复杂算法的实现，实现了部分功能。
  • 按照最终结果划分为:
    • 抛弃式：探索式原型，解决需求不确定性、二义性、不完整性、含糊性等。
    • 演化式：逐步演化为最终系统，用于易于升级和优化的场合，适用于 Web 项目。
• 面向对象方法：信息建模、构造类库。特点：自底向上，阶段界线不明显，符合人们思想，灵活可复用。
• 面向服务的方法：将信息模型类库结合业务功能形成构件，将构件功能开发接口提供服务。特点：细粒度、松耦合、标准化的构件。
• 其他开发方法：
  • 形式化方法，数学模型化（软件建立在严格的数学模型上），强调证明和验证，而不是测试。例如BIM等。
  • 统一过程方法UP
  • 敏捷开发
  • 基于架构的开发方法ABSD

2.1.7 综合性信息系统

ERP企业资源管理系统、WMS仓储管理系统、MES/SFC制造过程管理系统、PDM产品数据管理系统

2.2 业务处理系统TPS

2.2.1 业务处理系统的概念

又称电子数据处理系统EDP，最初级形式的信息系统。是针对管理中具体的事务(如财会、销售、库存等)来辅助管理人员将所发生的数据进行记录、传票、记账、统计和分类，并制成报表等活动，为经营决策提供有效信息的基于计算机的信息系统。通常是一种分离式单独处理某一项具体事务的系统，如账务处理系统、工资管理系统、物料进出库管理系统、合同管理系统等。

2.2.2 业务处理系统的功能

数据输入、数据处理（批处理方式和联机事务处理OLTP）、数据库的维护、文件报表的生成（行动文件、信息文件、周转文件）和查询处理。

2.2.3 业务处理系统的特点

业务处理系统 (TPS) 是信息系统发展的最初级形式，是其他类型信息系统的信息产生器，同时，许多 TPS 是处于企业系统的边界，它是将企业与外部环境联系起来 的“桥梁”。TPS面对的是结构化程度很高的管理问题，因此可以采用结构化生命周期法来进行开发。

2.3 管理信息系统MIS

2.3.1 管理信息系统的概念

管理信息系统(Manage Information System，MIS)是在 TPS 基础上发展的高度集成化的人机 信息系统，用于企业整体的某些管理和业务层面的管理决策。

2.3.2 管理信息系统的功能

功能结构图：市场子系统、生产子系统、后勤子系统、人事子系统等。
过程结构图：计划订货-订货服务-预测-生成计划-库存管理-制造活动计划等。

2.3.3 管理信息系统的组成

MIS系统的上层是子系统和功能，底层是各个过程，功能由过程组合实现。一个 MIS 系统可以用一个功能/层次矩阵表示。
功能/层次矩阵图：

• 层次（行）：战略计划、管理控制、运行控制、业务处理。
• 功能（列）：共有销售市场子系统、生产子系统、后勤子系统、人事子系统、财务和会计子系统、信息处理子系统和高层管理子系统 7 个子系统。

2.4 决策支持系统DSS

2.4.1 决策支持系统概念

• 定义一：DSS是一个由语言系统、知识系统和问题处理系统 3 个互相关联的部分组成的，
  基于计算机的系统。特征如下:
  1)数据和模型是 DSS 的主要资源。
  2)用来支援用户作决策。
  3)主要用于解决半结构化及非结构化问题。
  4)作用在于提高决策的有效性而不是提高决策的效率。
• 定义二：DSS是一个交互式的、灵活的、适应性强的基于计算机的信息系统。特征如下:
  1)针对上层管理人员。
  2)界面友好。
  3)将模型、分析技术与传统的数据存取与检索技术结合起来。
  4)对环境及决策方法改变的灵活性与适应性。
  5)支持但不是代替决策。
  6)利用先进信息技术快速传递和处理信息。
• DSS基本模式：详见教程P124基本模式图。
• DSS基本结构
  • 两库结构：由数据库子系统、模型库子系统和对话子系统形成三角形分布的结构。
  • 基于知识的结构

2.4.2 决策支持系统的功能

• 1多层决策，为决策整理和提供数据;
• 2收集、存储和提供外部信息;
• 3收集和提供活动的反馈信息;
• 4具有模型的存储和管理能力;
• 5对常用的各种方法的存储和管理;
• 6对各种数据、模型、方法进行管理;
• 7数据加工;
• 8具有人—机接口和图形加工;
• 9支持分布使用方式。

2.4.3 决策支持系统的特点

特点是面向决策者、支持半结构化问题、辅助支持、过程动态、交互。组建过程是: 数据重组、建立数据仓库、建立数据字典、数据挖掘、建立模型。

2.4.4 决策支持系统的组成

• 1.数据的重组和确认：从事务处理系统中确认正确有效的数据。
• 2.数据字典的建立：建立数据仓库。
• 3.数据挖掘和智能体：一旦建成数据仓库，管理者们需要运用工具进行数据存取和查询，这个过程为数据挖掘， 使用的工具称为智能体。智能体是管理者用来在关系数据库中搜寻相应数据的软件，用来做趋势分析、异常情况识别和结果跟踪。数据挖掘工具同时也被用来识别数据的模式，从模式中得出规则，并且利用另外的数据检验来精炼这些规则。数据挖掘的结果类型包括：联合、定序、分类、聚类。
• 4.建立模型：模型分为经验模型（判断和专家的意见）和客观模型（数据分析独立于决策者的经验）。建立模型的方法有穷枚举法（神经网络）、算法、启发式（经验法则，常用于专家系统）和模拟法。

2.5 专家系统ES

2.5.1 专家系统的概念

• 专家系统的定义
  专家系统是一种智能的计算机程序，该程序使用知识与推理过程，求解那些需要资深专家的专门知识才能解决的高难度问题。
  • 专家系统属于人工智能范畴，其求解的问题不是传统程序求解的结构化问题，而是半结构化或非结构化问题，需要应用启发法或弱方法来解决，它不同于传统应用程序的算法。
  • 传统应用程序通过建立数学模型去模拟问题领域，而专家系统模拟的是人类专家在问题领域的推理，而不是模拟问题领域本身。
  • 专家系统由3个要素组成:描述问题状态的综合数据库、存放启发式经验知识的知识库和对知识库的知识进行推理的推理机。三要素分别对应数据级、知识库级和控制级三级知识，而传统应用程序只有数据和程序两级结构。
  • 专家系统处理的问题属于现实世界中必须具备专家才能解决的实际问题，而不是学术题。
  • 是解决特定领域的问题，而不是通用问题。
• 人工智能的基本概念
  旨在利用机械、电子、光电或生物器件等制造的装置 或机器模仿人类的智能。
• 人工智能的特点
  • 从过去的事件或情形中汲取经验，并将从经验中得到的知识应用于新的环境和场景。
  • 具有在缺乏重要信息时解决问题的能力。
  • 具有处理和操纵各种符号、理解形象化图片(图像)的能力。
  • 想象力和创造力。
  • 善于启发。
• 人工智能的主要分支：专家系统、机器人技术、视觉系统、自然语言处理、学习系统和神经网络等。

2.5.2 专家系统的特点

• 专家系统和计算机系统的差别：
  • 功能：
    • 专家系统：解决问题，解释结果、进行判断与决策。
    • 一般系统：解决问题。
  • 处理能力：
    • 专家系统：处理数字与符号。
    • 一般系统：处理数字。
  • 处理问题种类：
    • 专家系统：多属准结构性或非结构性，可处理不确定的知识。
    • 一般系统：多属结构性，处理确定的知识，使用于特定的领域。
• 专家系统的6个特点
  • 超过时间限制：人类专家工作时间是有限的，专家系统可以连续运行。
  • 操作成本低廉
  • 易于传递和复制
  • 处理手段一致
  • 善于客服难题
  • 使用特定领域

2.5.3 专家系统的组成

• 一般组成：
  • 知识库：领域知识，一般可分成两类：事实性知识和启发性知识，供推理机使用，
  • 综合数据库：是专家系统在执行与推理过程中用以存放所需要和产生的各种信息的工作存储器，通常包括欲解决问题的初始状态描述、中间结果、求解过程的记录、用户对系统提问的回答等信息。
  • 推理机：推理方式有3种：正向推理或前向推理、反向推理或逆向推理、双向推理或混合推理。
  • 知识获取：主要有两方面功能:一是知识的编辑和求精;二是知识自学习。
  • 解释器：面向用户服务的，负责解答用户提出的各种问题。
  • 人机接口：包含专家系统与用户的接口和专家系统与领域专家和知识工程师的接口。
• 求解过程：
  (1)根据用户的问题对知识库进行搜索，寻找有关的知识。
  (2)根据有关的知识和系统的控制策略形成解决问题的途径，即知识操作算子序列，从而 构成一个假设集合。
  (3)对解决问题的一组可能假设方案进行排序，并挑选其中在某些准则下最优的假设方案。
  (4)根据挑选的解决方案去求解具体问题。
  (5)如果该方案不能真正解决问题，则追溯到假设方案序列中的下一个假设方案，重复求解问题。
  (6)上述过程循环进行，直至问题已经解决或者所有的求解方案都不能解决问题而宣告 “本系统该问题无解”为止。

2.6 办公自动化系统OAS

办公自动化系统（Office Automatic System，OAS）可以解决包括数据、文字、声音、图像等
信息的一体化处理问题，是一个集文字、数据、语言、图像为一体的综合性、跨学科的人机信息处
理系统，可以进行事务处理、信息管理和辅助决策。OAS 由计算机设备、办公设备、数据通信及
网络设备、软件系统构成。

2.7 企业资源规划ERP

企业资源规划（Enterprise Resource Planning，ERP）中的企业的所有资源包括三大流：物流、
资金流和信息流。ERP 是在信息技术基础上集成了企业的所有资源信息，为企业提供决策、计划、
控制与经营业绩评估的全方位和系统化的管理平台。ERP 的管理范围涉及企业的所有供需过程，
是对供应链的全面管理，还与人事系统和 CRM 等关联。ERP 包括生产预测、销售管理、经营计划、
主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间作业计划、采购与库存管理、质量与设备管理和
财务管理共 11 个基本模块。ERP 的功能有：支持决策、不同行业的针对性 IT 解决方案、提供全行
业和跨行业的供应链

2.8 典型信息系统架构模型

2.8.1 政府信息化与电子商务

电子政务（Electronic Government，EG）。电子政务是利用信息技术和其他相关技术，实
现公务、政务、商务、事务的一体化管理与运行的政府形态改造的系统工程。行为主体是：政府
（Government）、企（事）业单位（Business）及居民（Citizen）。

• 政府对政府（G2G）
• 政府对企业（G2B）
• 政府对居民（G2C）
• 企业对政府（B2G）
• 居民对政府（C2G）

2.8.2 企业信息化与电子商务

• 企业信息化（Enterprise Informatization，EI）。企业信息化是企业利用现代信息技术，实
  现经营活动的自动化、便捷化、网络化和智能化，以加强企业核心竞争力的过程。企业信息化是技
  术和业务的融合，从企业战略、业务运作和管理运作 3 个层面去实现。企业信息化的方法有：业务
  流程重构方法、核心业务应用方法、信息系统建设方法、主题数据库方法、资源管理方法、人力资
  本投资方法。
• 电子商务（Electronic Commerce，EC）。电子商务指利用 Web 提供的通信手段在网上买
  卖产品或提供服务，及其衍生行为。主要模式有：B2B、B2C、C2C、O2O（线上购买线下的服务）。