系统架构设计师教程（三）信息系统基础知识

3.1 信息系统概述

3.1.1 信息系统的定义

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5个基本功能：输入、存储、处理、输出和控制。
● 输入功能。输入功能决定于系统所要达到的目的及系统的能力和信息环境的许可。
● 存储功能。存储功能指的是系统存储各种信息资料和数据的能力。
● 处理功能。它是数据处理工具。处理功能基于数据仓库技术的联机分析处理 (OLAP)和数据挖掘 (DM) 技术。
● 输出功能。信息系统的各种功能都是为了保证最终实现最佳的输出功能。
● 控制功能。控制功能对构成系统的各种信息处理设备进行控制和管理，对整个信息加工、处理、传输、输出等环节通过各种程序进行控制。

用户和计算机共同构成了一个整合的系统，提出问题以及对问题的具体解答都是通过计算机和用户之间的一系列交互活动来实现的，这充分体现了信息系统的性质所在，即信息系统是以计算机为基础的人机交互系统。

3.1.2 信息系统的发展

数据处理的发展涉及技术的进步、应用的拓展、计划和控制策略的变化以及用户的状况等4个方面。
诺兰将计算机信息系统的发展道路划分为6个阶段，即：初始阶段、传播阶段、控制阶段、集成阶段、数据管理阶段和成熟阶段。

3.1.3 信息系统的分类

从信息系统的发展和系统特点来看，传统的信息系统可分为业务(数据)处理系统、管理信息系统、决策支持系统、专家系统和办公自动化系统等5类。

1. 业务处理系统是计算机应用于企业局部业务的管理系统，如财会管理、销售管理、物资管理和生产管理等。
2. 管理信息系统是一个由人和计算机等组成的系统，能够进行管理信息的收集、传输、存储、加工、维护和使用，强调企业各业务系统间的信息联系，以完成企业总体任务为目标。
3. 决策支持系统帮助决策者利用数据和模型解决半结构化和非结构化决策问题的交互式系统，包括专用DSS、DSS工具和DSS生成器。
4. 专家系统是一个智能计算机程序系统，内部含有某个领域具有专家水平的大量知识与经验，能够模拟人类专家的决策过程来解决该领域的问题。
5. 办公自动化系统是一个综合性的办公事务管理系统，将各种先进技术和设备应用于办公室的活动，实现科学化和自动化，提高工作质量和效率。
6. 综合性信息系统：以上5种信息系统可能同时都存在，也可能只有其中的1种、2种或3种，更高级的是几种信息系统互相融合成一体。当前企业主要使用的信息化系统有 ERP系统、WMS系统、MES系统和PDM系统。

3.1.4 信息系统的生命周期

本文主要介绍了信息系统的生命周期，包括信息系统的产生阶段、开发阶段、运行阶段和消亡阶段。

1. 在产生阶段，企业根据经营管理的需要，提出建设信息系统的初步想法，并进行需求分析。
2. 开发阶段是最重要和关键的阶段，包括总体规划、系统分析、系统设计、系统实施和系统验收阶段。
3. 运行阶段需要进行系统维护，并进行排错性维护、适应性维护、完善性维护和预防性维护。
4. 消亡阶段需要注意系统的更新改造、功能扩展和报废重建的情况。

信息系统的长时间运行是检验系统质量的试金石。

3.1.5 信息系统建设原则

• 高层管理人员介入原则：高层管理人员应深度参与信息系统的开发和运行，并对其进行决策和指导。
• 用户参与开发原则：用户应被视为信息系统开发的核心参与者，他们应参与整个开发过程，并以甲方代表身份深度参与系统开发。
• 自顶向下规划原则：信息系统开发应按照自顶向下的总体规划进行，以确保信息的一致性，并鼓励创造性的设计。
• 工程化原则：信息系统开发应采用工程化方法，类似于软件工程，以提高系统的可靠性、可维护性和可扩展性。
• 其他原则：还包括创新性原则（体现先进性）、整体性原则（体现完整性）、发展性原则（体现超前性）和经济性原则（体现实用性）等。

这些原则旨在确保信息系统的成功开发和运行，满足企业的需求，并提升系统的效能和价值。

3.1.6 信息系统开发方法

1. 结构化方法，是由结构化系统分析和设计组成的一种信息系统开发方法，是目前最成熟、应用最广泛的信息系统开发方法之一。
2. 原型法，是一种根据用户需求，利用系统开发工具，快速地建立一个系统模型展示给用户，在此基础上与用户交流，最终实现用户需求的信息系统快速开发的方法。
3. 面向对象方法，是对客观世界的一种看法，它是把客观世界从概念上看成一个由相互配合、协作的对象所组成的系统。
4. 面向服务方法吗，是一种新的系统开发思想，其核心是将应用系统按照业务功能进行分组，并通过接口实现功能的调用和解耦。这种方法可以提高系统的可复用性、信息资源共享和系统之间的互操作性。

3.2 业务处理系统 (TPS)

业务处理系统 (Transaction Processing System,TPS) 又可称为电子数据处理系统 (Electronic Data Processing System,EDP), 是计算机在管理方面早期应用的最初级形式的信息系统。

3.2.1 业务处理系统的概念

TPS是组织管理层次中最基础的信息系统，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。它们之间一般不交流、不共享某些专用数据库文件。在作业层上，要处理的任务、所需的资源及要实现的目标都是预先确定的、高度结构化的。构造支持类似上述业务处理过程的TPS主要目的在于帮助作业层管理人员减轻处理原始数据负担，提高具体事务的处理效率。在某些情况下，TPS甚至可以完全取代业务层的手工操作。

3.2.2 业务处理系统的功能

TPS 的主要功能就是对企业管理中日常事务所发生的数据进行输入、处理和输出。

1. 数据输入
   数据输入是 TPS 工作过程的第1个阶段，该阶段主要解决如何将企业经营活动中产生的大量原始数据准确、迅速地输入到计算机系统中并存储起来，这是信息系统进行信息处理的“瓶颈”。

2. 数据处理
   TPS 中常见的数据处理方式有两种，一种是批处理方式；另一种是联机事务处理方式。

3. 数据库的维护
   一个组织的数据库通过TPS 来更新，以确保数据库中的数据能及时、正确地反映当前最新的经营状况。

4. 文件报表的产生
   TPS是基础的信息系统，输出包括行动文件、信息文件和周转文件。行动文件用于特定事务处理，信息文件表明业务已发生，周转文件需返回发送者。TPS还产生报表用于记录和监控业务处理结果，但未经深度分析，无法直接支持中、高层管理决策。

5. 查询处理
   TPS支持终端用户进行批次查询或联机实时查询，通过屏幕显示获得查询结果。用户可以查询各种信息，如销售人员查询客户合同情况，读者查询图书馆借书情况等。为确保数据安全和保密性，不同级别的用户必须被分配不同的访问权限。

3.2.3 业务处理系统的特点

TPS是信息系统发展的最初形式，但其重要性不容忽视。作为其他信息系统的信息产生器，企业通常从开发TPS开始推进全面信息化。TPS支持日常业务管理，一旦出现故障可能导致企业运作紊乱，如航空订票系统、银行存取款/转账系统、企业物料进出库系统等。TPS也是企业与外部环境联系的重要“桥梁”，其性能直接影响组织形象和市场竞争力。由于面对高度结构化的管理问题，可以采用结构化生命周期法进行开发，且许多TPS已商品化，企业可直接购买并进行二次开发，避免低水平重复开发工作。

3.3 管理信息系统 (MIS)

管理信息系统 (Manage Information System,MIS) 是由业务处理系统发展而成的，是在TPS 基础上引进大量管理方法对企业整体信息进行处理，并利用信息进行预测、控制、计划辅助企业全面管理的信息系统。

3.3.1 管理信息系统的概念

从管理信息系统概念出发，管理信息系统由四大部件组成，即信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者。

3.3.2 管理信息系统的功能

一个管理信息系统从使用者的角度看，它总是有一个目标，具有多种功能，各种功能之间又有各种信息联系，构成一个有机结合的整体，形成一个功能结构。

3.3.3 管理信息系统的组成

略

3.4 决策支持系统 (DSS)

3.4.1 决策支持系统的概念

决策支持系统发展历程与定义

1. 决策支持系统 (DSS) 于20世纪70年代中期首次提出，标志着利用计算机与信息支持决策的研究与应用进入新阶段。随后，DSS逐渐发展为包含模型库、数据库、人机交互系统、知识库与方法库等多个部件的系统，并结合人工智能技术，形成智能决策支持系统。近年来，DSS与计算机网络技术结合，构成了群体决策支持系统，以支持多位决策者共同参与重要决策。DSS的发展与信息技术、管理科学、人工智能及运筹学等科学技术密切相关，随着范围扩大和层次提高，其实用性和有效性不断提高。

2. 对于DSS的定义，存在不同观点，但基本一致认为其是一个由语言系统、知识系统和问题处理系统组成的计算机系统。DSS的特征包括主要依赖数据和模型、支持用户决策、解决半结构化及非结构化问题、提高决策的有效性等。另一个定义认为DSS是一个交互式、灵活、适应性强的基于计算机的信息系统，用于解决非结构化管理问题，支持整个决策过程，并可能包括知识成分。

3. 决策支持系统的基本模式反映了其与“真实系统”、人和外部环境的关系，管理者通过DSS提供的支持进行决策，处于核心地位。
   

4. DSS的结构包括两种基本形式：两库结构和基于知识的结构。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。

3.4.2 决策支持系统的功能

1. 收集、整理和提供各种与决策有关的数据；
2. 收集、存储和及时提供与决策有关的外部信息；
3. 收集和提供有关各项活动的反馈信息；
4. 存储和管理各种与决策相关的模型；
5. 存储和管理常用的数学方法、统计方法和运筹方法；
6. 对数据、模型和方法进行有效管理；
7. 运用模型和方法对数据进行加工，得出有效支持决策的信息；
8. 具有人-机对话接口和图形加工、输出功能；
9. 支持分布使用方式，提供有效的传输功能。一个实用的决策支持系统应拥有丰富的数据和成熟的模型以及有效的方法，并具有良好的人-机界面的完整的软件系统。

3.4.3 决策支持系统的特点

1. 面向决策者，系统的设计和运作以满足决策者的需求为基础，所有信息收集、存储和输出都是为了服务决策者。
2. 支持对半结构化问题的决策，能够辅助决策者对复杂问题进行系统和全面的分析。
3. 辅助和支持决策者，而非替代其决策过程。系统不应该提供答案或规定决策顺序，而是为决策者提供辅助和支持。
4. 体现决策过程的动态性，允许用户根据多方面变化动态确定问题的解答，并在决策过程中完善和调整系统。
5. 提倡交互式处理，将决策人的经验、观念和判断纳入系统，结合主观判断与客观信息反映，最终确定决策方案。

3.4.4决策支持系统的组成

1. 数据的重组和确认
2. 数据字典的建立
3. 数据挖掘和智能体
4. 模型建立

3.5 专家系统 (ES)

3.5.1 专家系统的概念

1. 专家系统
   专家系统是基于知识的人工智能程序，通过使用专家知识和推理过程解决复杂问题。与传统应用程序相比，专家系统具有以下不同之处：(1)专家系统解决的是半结构化或非结构化问题，需要应用启发法或弱方法。(2)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。(3)专家系统由综合数据库、知识库和推理机三个要素组成，而传统应用程序只有数据和程序两级结构。(4)专家系统处理的问题需要大量专门知识才能解决，并要求可靠并在合理时间内给出解答。(5)专家系统局限在特定领域内，强调人类专家的专门知识的应用，通用性较差。专家系统适用于没有公认方法、信息不完整、专家短缺或专门知识昂贵的工作，如规划、设计、医疗诊断和质量监控。
2. 人工智能
   人工智能（AI）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。自1956年夏季在美国达特茅斯大学举行的学术讨论会上，人工智能作为独立学科的研究方向得到了开创，同时麦卡锡因此也被成为人工智能之父。
   人工智能的特点包括：从经验中汲取知识并应用于新环境、解决问题时具有处理各种符号和理解图像的能力、想象力和创造力、善于启发等。目前，人工智能的研究主要分支包括专家系统、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。这些分支相互关联，取得进展都会影响其他领域的发展。

3.5.2 专家系统的特点

专家系统是一种超越时间限制，操作成本低廉，易于传递与复制，处理手段一致，善于克服难题，适用特定领域的人工智能技术。其建构搜集知识库以及推理规则困难，通常只使用小范围的特定知识领域。目前，专家系统和人工智能的应用在物流方面还有限，但在提高物流生产率和物流质量方面已经取得了显著成果。

3.5.3 专家系统的组成

• 专家系统的知识库用来存储领域知识，包括事实性知识和启发性知识。
• 综合数据库是存放系统所需和产生的信息的工作存储器。
• 推理机是专家系统的核心，负责控制系统的运行和执行各种任务。
• 知识获取模块用于编辑、求精知识以及自学习。
• 解释程序用于回答用户问题并解释推理过程。
• 人机接口包括与用户和领域专家的接口，完成内外部表示形式的转换。
• 专家系统通过推理机与知识库和综合数据库交互来求解问题，包括搜索知识、形成假设集合、排序假设方案、求解具体问题等步骤。

3.6 办公自动化系统 (OAS)

3.6.1 办公自动化系统的概念

公活动是处理群体公务的活动，包括抄写、打字、发布文件、传达批示、批阅文件、安排日程表、开会、分析、判断、决策等。办公室是管理信息的场所。办公活动涉及的信息类型有数据、文字、声音、图形和图像。办公室工作人员包括领导、专业人员、秘书和办事员。他们的工作包括处理数据、文字处理、分类归档、沟通和决策。

办公自动化是办公信息处理手段的自动化。从电子打字机、文字处理机到办公自动化系统，办公手段发生了翻天覆地的变化，从低级到高级、从简单到复杂、从单功能到多功能，向系统化、综合化、数字化、标准化、智能化、网络化方向发展。办公自动化利用先进的科学技术和设备，提高办公效率和质量，集文字、数据、语言、图像为一体的综合性人机信息处理系统，以行为科学为主导，系统科学为理论基础，结合计算机技术和通信技术。

3.6.2 办公自动化系统的功能

OAS（办公自动化系统）的主要功能可以分为三个方面：

1. 事务处理：包括文字处理、日程安排、文档管理、电子报表和数据处理等任务。单机系统主要完成文字处理、日程安排、文档管理、电子报表和数据处理等任务，而多机系统则具备通信功能，实现信息共享，包括电子会议、电子邮件、语音处理、图形图像处理和联机情报检索等。

2. 信息管理：涵盖信息的收集、加工、传递、交流、存取、提供、分析、判断、应用和反馈等工作。管理型办公系统通过信息交换和共享资源，将各项孤立的事务处理联系起来，实现准确、快捷、及时、优质的信息管理。

3. 辅助决策：为高层领导人和专业人员提供辅助决策的支持。决策型办公系统以经理型办公系统提供的大量信息为基础，建立能综合分析、预测发展、判断利弊的计算机可运行的决策模型，自动做出比较符合实际的决策方案。

总体而言，OAS的目标是提高办公效率，减轻工作负担，并通过自动化的方式改善办公环境，为有关单位人员提供准确及时的信息服务。

3.6.3 办公自动化系统的组成

1. 计算机设备：主机系统、终端设备和外部设备，用于连接办公自动化系统的局域网，并提供高速处理、大容量存储和各类输入输出设备。

2. 办公设备：电话机、传真机、电传机、复印机和轻印刷设备，用于支持办公工作中的通信和文档处理需求。

3. 数据通信及网络设备：用于连接远程节点，实现快速数据处理和及时上传下达。

4. 软件系统：分为系统软件、专用软件和支持软件。系统软件提供运行环境和系统支持，专用软件用于办公信息处理和事务管理，支持软件辅助完成管理工作，如文字处理、数据库管理、电子邮件和图形图像处理等。

3.7 企业资源规划 (ERP)

企业资源规划 (Enterprise Resource Planning,ERP) 是企业在生产制造过程普遍使用的一种信息系统。

3.7.1 企业资源规划的概念

企业的所有资源包括三大流：物流、资金流和信息流。 ERP 也就是对这3种资源进行全面集成管理的管理信息系统。

3.7.2 企业资源规划的结构

3.7.3 企业资源规划的功能

1. ERP系统为企业提供多层面和全方位的功能支持，包括决策支持、行业解决方案和供应链管理。它能够实时分析关键问题，支持企业各个层面的决策；
2. 针对不同行业提供有针对性的解决方案；
3. 将企业内部供应链发展为全行业和跨行业的供应链，实现协作经营和成本优势。

3.8 典型信息系统架构模型

3.8.1 政府信息化与电子政务

1. 电子政务的概念
   电子政务是利用信息技术和相关技术对现有的政府形态进行改造的过程，通过集成管理和服务职能，优化组织结构和工作流程，实现政府的电子化和网络化办公。它包括政府内部的电子化办公、政府间的信息共享和实时通信，以及政府与居民之间的双向信息交流。电子政务的发展是逐步实现政府信息化改造，构建与信息时代相适应的政府形态的过程。
2. 电子政务的内容
   电子政务涉及政府、企业和居民之间的互动，包括政府内部、政府与企业、政府与居民之间的关系。目标是改善互动效果，实现更有效、友好、精简和透明的政府。
3. 电子政务的技术形式
   电子政务的技术形式主要经历了四个阶段的发展：起步阶段、政府与用户单向互动、政府与用户双向互动和网上事务处理。
4. 电子政务的应用领域
   面向社会的应用、政府部门之间的应用、政府部门内部的各类应用系统、涉及政府部门内部的各类核心数据的应用系统、政府电子化采购、电子社区。

3.8.2 企业信息化与电子商务

1. 企业信息化的概念
   企业信息化是利用现代信息技术，通过开发和利用信息资源实现生产自动化、管理网络化、决策智能化、商务电子化的过程，以提高企业效益和竞争力。它涵盖了信息技术在企业中全面渗透的过程，核心是运用信息技术进行知识挖掘和对业务流程进行管理。实施方式可以从上到下与企业创新结合，也可以从下到上以业务人员受益和使用水平提升为基础。
2. 企业信息化的目的
   企业信息化的目标是优化业务活动，提高竞争能力，并涉及技术、管理和制度创新。通过计算机辅助设计系统的应用和借助信息技术，加快技术向生产的转化。重新整合管理流程，并发挥计算机的信息采集、储存功能和网络传递与共享功能。建立明确岗位责任和监管体系，注重市场信息分析和研究，提供准确及时决策信息，实施科学的管理。
3. 企业信息化的规划
   企业信息化需要建立在企业战略规划基础之上，通过对业务、流程和管理模式的分析，确定信息技术应用的驱动因素和体系。数据库模型是企业信息化的基础，需要客观反映企业生产经营的内在联系。企业信息化是多种类、多层次信息系统建设、集成和应用的过程，需要全面规划，分步实施，提高管理效率、提升竞争力。
4. 企业信息化方法
   企业信息化方法包括业务流程重构、核心业务应用、信息系统建设、主题数据库、资源管理和人力资本投资等多种方法。这些方法可以帮助企业提高效率、降低成本，并适应市场竞争的需求。其中，重视核心业务应用、建设面向业务主题的数据库和应用计算机技术和网络技术进行资源管理是企业信息化成功的关键所在。