Software & Systems

В условиях широкого распространения информационных систем, разработанных на принципах использования баз данных, существенное значение приобретают вопросы оценки этих систем в различных аспектах, в том числе связанных со свойствами той или иной СУБД. Следует отметить, что функционирование СУБД в рамках конкретной ИС связано с целым рядом факторов, не поддающихся аналитической оценке: характеристики требуемой БД, свойства алгоритмов выбранного класса задач, характеристики технических средств, квалификация специалистов, организационные факторы. В последнем десятилетии условия функционирования СУБД и ИС в целом подвергались все более интенсивному теоретическому анализу, в результате которого удалось выделить ряд существенных характеристик, объединенных в понятии модели данных. Для конкретных моделей вводится дополнительная система понятий, уточняющих представление об этих компонентах и являющихся специфичными для СУБД, поддерживающей модель данных. Часть этих понятий может использоваться для сравнения соответствующих подклассов моделей.

Другой вариант состоит в проведении анализа действующих информационных систем и исследовании их основных характеристик для руководства ими в последующих разработках. В этом случае проводится специальный опрос пользователей, составляющий основу для получения необходимых сведений. Примером такого подхода могут служить два опроса пользователей системы ИНЕС, проведенные в 1983 и 1987 годах.

Опрос пользователей ИНЕС

Этап сбора сведений о действующих информационных системах представляет собой типичную задачу системного анализа. На этом этапе проводится опрос (анкетирование) пользователей, причем в процессе сбора и обработки данных уточняются принятые в опросе характеристики и параметры системы.

Опрос пользователей ИНЕС проводился трижды: в 1981, 1983 и 1987 гг. В технологии проведения этих опросов существенную роль сыграла БД ПОЛЬЗОВАТЕЛИ, создание и ведение которой составляет часть общей технологии сопровождения ИНЕС. С самого начала при выдаче версий ИНЕС производился учет пользователей: регистрировались (либо обновлялись) следующие сведения:

•    «внешние» данные об организации — название, адрес, ведомственная принадлежность, фамилия и телефон ответственного за работу с ИНЕС;

•    данные, касающиеся всех официальных документов, полученных от организации — писем', договоров, актов внедрения и т. д.;

•    данные, характеризующие конфигурацию используемых вычислительных средств (тип вычислительной установки, сведения о периферийном оборудовании); • данные о задачах, решаемых средствами ИНЕС, а также сведения о получении очередных версий ИНЕС (эти сведения хранились в базе данных по учету пользователей ИНЕС).

Специальное анкетирование пользователей, предназначенное для анализа накопленного опыта освоения и эксплуатации ИНЕС, было организовано с помощью рассылки анкет по адресам, содержащимся в БД ПОЛЬЗОВАТЕЛИ. Именные опросные анкеты, содержащие наименование организации и ее шифр (присвоенный во ВНИИСИ), выдавались на АЦПУ автоматически. Одновременно распечатывался почтовый адрес организации, который наклеивался на конверт при рассылке, и обратный адрес ВНИИСИ. Контроль за рассылкой осуществлялся с помощью специального реестра, содержащего полный список организаций-адресатов.

Пример анкеты пользователя ИНЕС приводится на рис. 1а, б. В ней пользователь должен дать следующие сведения:

1.        Наименование и характеристики типа информационной системы, связанные со сферой и масштабами ее применения (например подсистема кадров в масштабах предприятия или отрасли).

2.        Количественные характеристики создаваемых баз данных (количество реквизитов в описании данных БД, количество входных и выходных форм, количество сетевых связей, объем памяти БД и т. д.).

3.        Характеристики процесса внедрения систем (трудоемкость, степень участия высококвалифицированных специалистов, сроки окончания работ).

Кроме того, в анкету входят общие сведения по применению ИНЕС в организации, такие как использование конкретных подсистем ИНЕС и наличие в организации других СУБД.

Следует отметить, что пункты анкеты были сформулированы без уточнения смысла терминов и рассчитывались на получение сведений качественного характера. В то же время анализ количественных характеристик БД позволил получить числовые оценки, например трудоемкости их разработки.

ГОРОД: ВОЛОГДА

ВЫ РАБОТАЕТЕ С ИНЕС С 21.09.82

НАЗВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ:

ВОЛОГОДСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ВАШ ШИФР: ВОЛПИ ВЗЯТО ЛЕНТ: 1

ПРОСИМ ВАС ЗАПОЛНИТЬ И ВЫСЛАТЬ НА АДРЕС ВНИИСИ НАСТОЯЩУЮ АНКЕТУ С ДАННЫМИ О ПРИМЕНЕНИИ ИНЕС В ВАШЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ. УКАЖИТЕ НА ОБОРОТЕ СПИСОК ЗАДАЧ. ДАННЫЕ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К КАЖДОЙ ЗАДАЧЕ, ПОМЕЩАЮТСЯ В КОЛОНКЕ АНКЕТЫ С СООТВЕТСТВУЮЩИМ НОМЕРОМ. ДЛЯ ПП. 1, 2, 9 ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ ПРИВЕДЕНЫ НА ОБОРОТЕ (ИХ СПИСОК МОЖНО ПРОДОЛЖИТЬ). НЕКОТОРЫЕ ДАННЫЕ В П. 4 СЛЕДУЕТ ОТНЕСТИ К ЕДИНИЦЕ ВРЕМЕНИ; ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ: Ч — ЧАС, Д — ДЕНЬ, М — МЕСЯЦ, К — КВАРТАЛ, Г — ГОД.

УКАЖИТЕ НА ОБОРОТЕ НАЗВАНИЯ ЗАДАЧ                                                                             ЗАД. 1

1.    ТИП ЗАДАЧИ (СМ. НА ОБОРОТЕ)

2.    МАСШТАБЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАДАЧ

3.    СТАДИЯ РАЗРАБОТКИ ЗАДАЧИ

4.    КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БД К-ВОДЕРЕВЬЕВВБАЗЕ К-ВО ВСЕХ ВЕРШИН ДОД К-ВО ТЕРМИНАЛЬНЫХ ВЕРШИН ДОД К-ВО ССЫЛОК ТИПА REF ВХОДНЫЕ ДОКУМЕНТЫ: А) К-ВО ФОРМ

Б) ПОТОК ВВОДА (ШТ В Д, М, К, Г) ВЫХОДНЫЕ ДОКУМЕНТЫ: А) К-ВО ФОРМ

Б) ПОТОК ВЫВОДА (ШТ В Д, М, К, Г) ОБЪЕМ ПАМЯТИ БД (В МБАЙТАХ) К-ВО СЛОВАРЕЙ

ОБЪЕМ ПАМЯТИ СЛОВАРЕЙ (В КБАЙТ АХ) СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ПРОГОНА (МИН):

А) ПО ВСЕЙ БАЗЕ

6) ДЛЯ ЛОКАЛЬНОЙ СПРАВКИ КАК ЧАСТО РЕШАЕТСЯ ЗАДАЧА ОБНОВЛЕНИЕ БД (% В Д, М, К, Г) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИАЛОГА

(ЧАСОВ В Д, М, К, Г) АДМИНИСТРАТИВНЫЙ УРОВЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИАЛОГА (СМ. НА

ОБОРОТЕ)

5.  ТРУДОЕМКОСТЬ: ВСЕГО ЛЮДЕЙ

В ТОМ ЧИСЛЕ ПРОГРАММИСТОВ

ВСЕГО ЗАТРАЧЕНО ВРЕМЕНИ

В ТОМ ЧИСЛЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

6.    ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

7.    СРОК СДАЧИ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

8.    К-ВО СИСТЕМНЫХ ПРОГРАММИСТОВ, УЧАСТВУЮЩИХ В РАЗРАБОТКАХ:

9.    С КАКИМИ ЧАСТЯМИ ИНЕС ВЫ РАБОТАЕТЕ (СМ. НА ОБОРОТЕ):

10.     ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ЛИ В ВАШЕЙ ОРГ-ЦИИ ДРУГИЕ СУБД:

11.     ПЕРСПЕКТИВЫ РАБОТЫ (НАЗВАНИЕ, СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ, МАСШТАБЫ ЗАДАЧ):

ЗАД. 2

ЗАД.З

ЗАД. 4

Рис 1а

(ПУНКТ 2) МАСШТАБЫ ПРИМЕНЕНИЯ:

1.       ОТРАСЛЬ (ПОДОТРАСЛЬ)

2.       ОРГАНИЗАЦИЯ (ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ)

3.   ГОРОД (РАЙОН ГОРОДА)

4.       ОБЛАСТЬ, РАЙОН

5.       РЕСПУБЛИКА

6.       СТРАНА В ЦЕЛОМ

(ПУНКТ 4) АДМИНИСТРАТИВНЫЙ УРОВЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИАЛОГА

1.       ОПЕРАТОРЫ

2.   ИНЖЕНЕРЫ

3.       РУКОВОДЯЩИЙ СОСТАВ

Рис. 16

Для хранения сведений, собранных в результате опроса, в состав БД была включена специальная ветвь ПРИМЕНЕНИЯ, с помощью которой были автоматически получзны приводимые далее сводные таблицы, справки и графики.

Целью опроса 1987 г. было обследование промышленных и опытных внедрений системы ИНЕС. Он проводился в основном среди организаций, имеющих 4-5 летний опыт работы с системой (около 85% опрашиваемых). В силу широкого распространения ЧНЕС полученные результаты представляют интерес для исследования закономерностей разработки и внедрения различных информационных систем в целом по стране.

Обзор количественных характеристик баз данных

Основная специфика 3-го опроса пользователей ИНЕС, проведенного в 1987 г., связана с изменившимся контингентом пользователей. В 1983 г., вскоре после 2-го опроса, основная масса пользователей, посещавших консультации во ВНИИСИ, была передана на обслуживание в НПО «Центрпрограммсистем». Из 1300 организаций, состоящих на учете в Банке пользователей ВНИИСИ, было оставлено около 200, имеющих серьезные внедрения и достаточно большой масштаб работ. Таким образом, если опрос 1983 г. показал быстрый рост числа пользователей ИНЕС (при относительно скромных внедрениях) и мог характеризовать ИНЕС в основном как программный продукт, достаточно простой и доступный для самостоятельного освоения и внедрения пользователями, то опрос 1987 г. характеризует скорее технологию использования средств ИНЕС, не связанную с процессом их освоения.

В связи с оценкой «технологичности» средств ИНЕС представляет интерес «судьба> подсистем, работа с которыми велась еще в 1983 году. Результаты опроса показали, что примерно две трети из них в настоящее.время успешно эксплуатируются и развиваются, причем увеличились размеры БД и объемы интерфейсов, добавились диалоговые компоненты. Часть подсистем в процессе развития АСУ объединилась в единые комплексы на общей информационной базе. В то же время примерно половина эксплуатируемых в настоящее время задач разработана заново.

Общее распределение внедренных систем по годам показано на рис. 2. Следует отметить, что спад в кривой распределения совпадает по времени с рядом постановлений, принятых различными министерствами об обязательном использовании СУБД ДИСОД.

Установка ИНЕС, ее поддержание и использование не требуют больших затрат труда системных программистов. В 1987 г. около 50% организаций, внедривших системы на базе ИНЕС, специально для работы с ИНЕС системных программистов не выделяли. Несколько увеличилось в процентном отношении количество групп программистов из 4-5 и более человек, что связано с разработкой крупных программных комплексов (рис. 3).

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики информационных систем по данным двух опросов.

Назначение создаваемых информационных систем разнообразно. При отсутствии удовлетворительной и общепринятой их классификации в процессе обследования была принята классификация эмпирического характера, отвечающая назначению создаваемых систем. В табл. 2 приведен процент различных типов подсистем, реализованных на основе СУБД ИНЕС. За время, прошедшее после предыдущего опроса, увеличился процент подсистем бухгалтерского учета и материально-технического снабжения, значительно возросла удельная часть специальных подсистем АСУ. Напротив, сократился процент кадровых подсистем и подсистем контроля исполнения.

Роль автоматизированных информационных систем (АИС) на различных уровнях управления можно оценить по их «организационным» масштабам. В табл. 3 приводится распределение АИС, реализованных на основе СУБД ИНЕС, по ведомственным и региональным системам управления различного масштаба. Как видно из этой таблицы, распределение АИС по системам управления в целом сохранилось. Большая часть (две трети) всех систем разрабатывается и внедряется на уровне организаций, часть разработок ведется на уровне отрасли. В то же время невелик процент систем регионального управления (уровень области, района, города).

Количественные характеристики баз данных в разрабатываемых информационных системах отражают как масштабы распространения этих систем, так и возможности ИНЕС.

Приводятся некоторые из этих характеристик: количество вершин в графе описания данных, объем памяти основных баз данных и словарных баз, число входных и выходных форм, частота обращений к базе, периодичность ее обновления.

Таблица 3

Число форм входных документов в базе соответствует в первую очередь количеству источников поступающей в систему информации, то есть отражает организационный аспект ведения базы. На рис. 4, 5 приводятся графики распределения подсистем по числу используемых входных и выходных форм. В графики не вошли сведения о 19 подсистемах, в которых применяется больше 45 входных форм. Максимальное число входных форм (по данным обследования) —140, в среднем используется 12 входных форм. Данные о распределении подсистем по периодам обновления баз данных приводятся в табл. 4.

Таблица 4

Число форм выходных документов в основном отражает количество решаемых на основе определенной БД задач и количество ее внешних представлений. Максимальное количество выходных форм — 240, среднее — 24.

Периоды решения задач в подсистемах вместе с периодами обновления отражают динамичность баз данных (см. табл. 5).

Таблица 5

Количество вершин в графе описания БД, то есть реквизитов, используемых в информационной системе, отражает ее масштаб и сложность. Средства ИНЕС не накладывают ограничений ни на количество вершин, ни на структурные характеристики графа. На рис. 6 приводится распределение баз данных по количеству реквизитов. В среднем граф описания БД имеет 212 вершин, 5% баз данных имеют более 750 вершин.

Таблица 6

Важной структурной характеристикой графа описания данных являются узлы соединения иерархических вершин в сеть. В сетевых БД (их около 31%) в среднем используется 10

таких узлов (см. рис. 7). Встречаются базы данных с несколькими десятками сетевых ссылок.

Система ИНЕС предоставляет пользователям набор средств для ведения работы с терминалов, в частности средств организации диалога. Большинство пользователей, внедривших диалоговые системы на основе ИНЕС, работает с ними ежедневно (см. табл. 6). При этом административный уровень пользователей диалоговых систем, построенных на основе СУБД ИНЕС, довольно высок (см. табл. 7).

Таблица 7

Одной из основных характеристик объема внедренной БД является память, необходимая для ее хранения. Распределение систем по значениям памяти, занимаемой БД, в сравнении с аналогичными данными предыдущего опроса, показано на рис. 8. Средний объем внедренных баз возрос с 11 'Мбайтов до 28 Мбайтов. Следует отметить, что в анкетных данных обследования приводятся сведения только о локальных физических базах данных. В задачах, как правило, используется несколько БД и словарных баз, в том числе вспомогательные БД, нормативная информация и т. д. (в среднем в подсистему входит 3 базы и 5 словарей). Суммарный объем памяти при этом значительно превышает объемы локальных БД. Распределение организаций по количеству используемых словарей практически не изменилось с 1983 г. В среднем словарная система используется в каждой второй подсистеме, большинство из них использует 1 словарь (53%) или 2-4 словаря (24%).

Набор средств программирования, предоставляемых СУБД, и интенсивность использования этих средств в различных разработках характеризуют степень универсальности СУБД. Данные обследования позволяют оценить интенсивность использования отдельных подсистем ИНЕС (табл. 8).

Таблица 8

В целом около 55% организаций-пользователей ИНЕС не применяют других СУБД. Среди остальных организаций, работающих одновременно с несколькими СУБД, в среднем используется 1-2 СУБД, максимум — 4 СУБД, не считая ИНЕС. В табл. 9 приводятся данные об использовании в этих организациях различных видов СУБД.

Таблица 9

Оценка трудоемкости проектирования и внедрения баз данных ИНЕС

Удельные значения трудоемкости разработки БД могут быть определены в отношении к отдельным количественным характеристикам базы: трудоемкость введения одного реквизита в описание данных, трудоемкость введения одной входной формы, трудоемкость отладки одной выходной формы. Зная число реквизитов в описании данных будущей БД, а также предполагаемое количество входных и выходных форм, можно с помощью удельной трудоемкости рассчитывать ориентировочную трудоемкость разработки соответствующей информационной системы.

Проектирование и внедрение баз данных средствами ИНЕС включает следующие основные этапы: разработка описания данных БД; разработка входных форм и ввод данных в базу; получение выходных форм документов. Для оценки трудоемкости этих этапов выбраны следующие характеристики: количество реквизитов в описании данных Аг, количество входных форм Aj, количество выходных форм А3. Предполагается, что каждая из характеристик At имеет определенную удельную трудоемкость X,. В этом случае трудоемкость каждого этапа оценивается как А;- Хг Полная трудоемкость разработки отдельной системы представляет собой сумму затрат по этапам:

AlXi + А2Х2 + А3Х3 = В                                                             (1)

Уравнение (1) может быть составлено для каждой подсистемы, причем значения величин В, А, — А3 известны из материалов опроса. Таким образом, по совокупности известных подсистем можно составить систему уравнений:

где п — количество подсистем. Значения удельных трудоемкостей Х;, оптимально подходящих для системы уравнений (2), можно оценить минимизацией следующего функционала, представляющего сумму квадратов отклонений:

F(X1,X2,X3) = S(lAijXi-Bj)2 j=l 1-1

Приравнивая к нулю частные производные от F(X,, X^, Х3) по каждому из неизвестных, получим систему из трех уравнений:

 (3)

где к-1,2,3- Решение системы уравнений (3) дает оценку значений удельных трудоемко-стей.

Для расчета удельных трудоемкостей использовались усредненные значения величин А-по подсистемам отдельных типов. Расчеты проводились как по всей совокупности данных, так и по группам подсистем нескольких типов. На точность полученных результатов влияет в первую очередь объективная сложность оценки трудоемкости программирования. Известно, что производительность в программировании очень зависит от квалификации программиста. Уровень квалификации может привести к повышению производительности в сотни раз.

Кроме того, на точность полученных результатов влияют погрешности в исходных данных, собранных путем опроса, упрощенный линейный характер принятой модели оценки. В целом точность полученных результатов позволяет оценить только порядок величины трудоемкости.

Результаты расчетов лежат в следующих интервалах: для реквизитов описания данных БД — от 0 до 0,07 чел/мес на реквизит, для входных форм — от 0 до 1 чел/мес на форму, для выходных форм (доступ к данным и оформление документа) — от 1 до 1,5 чел/мес на форму. При этом трудоемкость разработки одной входной формы является наиболее неустойчивой характеристикой. По-видимому, это связано с широким спектром применяемых

средств и режимов ввода. Более точный подсчет должен проводиться с учетом класса задач (ввод с контролем, ввод средствами расширения ПЛ/1, ввод в диалоговом режиме и т. д.).

Таким образом, при разработке баз данных средствами системы ИНЕС в среднем затрачено в 1987 г. на одну вершину описания данных (одно понятие) — 0,05 чел/мес, на входную форму (внешнее представление) — 0,5 чел/мес, на выходную форму —1,1 чел/мес. Данные опроса относятся к системам, введенным в эксплуатацию, т. е. в оценку трудоемкости входит полная разработка описания данных и входных (выходных) форм, включая их проектирование и составление документации при вводе в эксплуатацию.

Полученные оценки удельных трудоемкостей могут использоваться при планировании работ по разработке информационных систем. Например, если нужно разработать информационную систему, имеющую 5 входных форм, 10 выходных форм и порядка 100 реквизитов в описании данных, то через 10 месяцев можно требовать ввод такой системы в промышленную эксплуатацию, если над ней работает 1-2 человека. Отклонения от этих норм могут быть характеристикой профессионального уровня программистов.

В заключение отметим, что собственно программирование одной входной или выходной формы занимает от получаса до 1-2 дней. Таким образом, узким местом в реализации ИС является не программирование, а проектирование, перепроектирование и ввод систем в эксплуатацию. Следовательно, ускорение разработок возможно в первую очередь за счет автоматизации проектирования и более технологичной организации работы ВЦ.